JP2012019165A - Semiconductor laser device - Google Patents

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Michio Ikedo
教夫 池戸
Hidenori Kasugai
秀紀 春日井
Shinichiro Nozaki
信一郎 能崎
Toshiyuki Takizawa
俊幸 瀧澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device capable of stably performing a self-excited oscillation operation.SOLUTION: The semiconductor laser device comprises: a substrate 110; a ground layer 114 of a first conductive type formed on the substrate 110; a laminate structure composed of a nitride semiconductor including an n-type cladding layer 115, an n-type guide layer 116, an active layer 117, a p-type guide layer 118, a p-type cladding layer 120, and a p-type contact layer 122 that are sequentially formed on the ground layer 114; a p-side electrode 123 electrically connected to the p-type contact layer 122; and an n-side electrode 124 electrically connected to the n-type cladding layer 115. The laminate structure includes a first dislocation region that is located under the p-side electrode 123 and is configured to have a first dislocation density, and a second dislocation region configured to have a second dislocation density different from the first dislocation density. The second dislocation density is larger than the first dislocation density.

Description

本発明は、光ディスク用光源又はディスプレイ用光源に用いられる半導体レーザ装置に関し、特に、窒化物半導体を用いた自励発振動作型の半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device used for an optical disk light source or a display light source, and more particularly to a self-pulsation operation type semiconductor laser device using a nitride semiconductor.

窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置は、BD(Blu−ray Disc(登録商標))用光ピックアップ装置の光源として特性向上や低価格化への取り組みが盛んになされている。また、近年では、窒化物半導体を用いて青色から緑色までのレーザ光を発振する半導体レーザ装置が開発され、プロジェクターなどディスプレイの小型光源としても非常に期待されている。このような光ディスクやディスプレイに用いられる半導体レーザ装置においては、半導体レーザ装置のノイズを低減することが重要になっている。   2. Description of the Related Art Semiconductor laser devices using nitride semiconductors are actively being used to improve characteristics and reduce costs as light sources for optical pickup devices for BD (Blu-ray Disc (registered trademark)). In recent years, a semiconductor laser device that oscillates a laser beam from blue to green using a nitride semiconductor has been developed, and is expected as a small light source for a display such as a projector. In semiconductor laser devices used for such optical discs and displays, it is important to reduce the noise of the semiconductor laser devices.

例えば、BD用光ピックアップ装置においては、半導体レーザ装置から出射されたレーザ光は、光ディスク(BD)によって反射した後、再び半導体レーザ装置の端面に入射して、これによって戻り光ノイズが生じる。この戻り光ノイズは光ディスクの読み取りエラーの原因となる。このため、現在、BDの信号再生時には高周波重畳回路を用いて半導体レーザ装置に高周波の電流を重畳させることにより発振スペクトルをマルチモード化させ、レーザ光の持つ干渉性を低減することにより戻り光ノイズを低減する方法が用いられている。   For example, in a BD optical pickup device, laser light emitted from a semiconductor laser device is reflected by an optical disk (BD) and then incident on the end face of the semiconductor laser device again, thereby generating return light noise. This return light noise causes an optical disk reading error. For this reason, at the time of BD signal reproduction, a high-frequency current is superimposed on the semiconductor laser device by using a high-frequency superimposing circuit to make the oscillation spectrum multi-mode, thereby reducing the coherence of the laser light and reducing the return light noise. The method of reducing is used.

また、ディスプレイ用の半導体レーザ装置においては、レーザの持つ高い干渉性により、画面内で局所的に干渉の強弱が発生し、画面がギラついて見える、いわゆるスペックノイズが発生する。このようなスペックノイズを低減させるため、ディスプレイ用に用いられる半導体レーザ装置には、例えば、振動子を半導体レーザ装置に取り付け振動させることで、干渉の強弱を画面内で平滑化させるような検討がなされている。   Further, in a semiconductor laser device for display, due to the high coherence of the laser, the intensity of interference is locally generated within the screen, and so-called spec noise is generated in which the screen appears to be glaring. In order to reduce such spec noise, semiconductor laser devices used for displays have been studied, for example, by attaching a vibrator to the semiconductor laser device and vibrating it to smooth the intensity of interference within the screen. Has been made.

しかしながら、このようなノイズ対策として高周波重畳回路や振動子を光源に新たに取り付けることは、光源のコストアップにつながり好ましくない。そこで、半導体レーザ装置自体の低ノイズ化が求められている。   However, it is not preferable to newly attach a high-frequency superposition circuit or a vibrator to the light source as a countermeasure against such noise, which increases the cost of the light source. Therefore, it is required to reduce the noise of the semiconductor laser device itself.

半導体レーザ装置を低ノイズ化する方法としては、発光光の干渉性を低減させることが考えられる。従来、発光光の干渉性を低減する方法として、自励発振動作が可能な自励発振型の半導体レーザ装置が提案されている。   As a method for reducing the noise of the semiconductor laser device, it is conceivable to reduce the coherence of the emitted light. Conventionally, as a method of reducing the coherence of emitted light, a self-excited oscillation type semiconductor laser device capable of self-excited oscillation operation has been proposed.

特許文献1に、従来の自励発振型の半導体レーザ装置が開示されている。特許文献1には、活性層において電流が注入される電流注入領域の周囲に、可飽和吸収領域と呼ばれる光吸収領域を形成することにより自励発振動作を引き起こすことが開示されている。このような自励発振動作においては、光導波路内の実効屈折率が変化するため、発振波長に揺らぎが生じて干渉性が低減し、これによりノイズを低減させることが可能となる。   Patent Document 1 discloses a conventional self-excited oscillation type semiconductor laser device. Patent Document 1 discloses that a self-oscillation operation is caused by forming a light absorption region called a saturable absorption region around a current injection region into which current is injected in an active layer. In such a self-excited oscillation operation, since the effective refractive index in the optical waveguide changes, the oscillation wavelength fluctuates and the coherence is reduced, thereby making it possible to reduce noise.

以下、特許文献1に開示された従来の自励発振型の半導体レーザ装置について、図11用いて説明する。図11は、従来の自励発振型の半導体レーザ装置の断面図である。   Hereinafter, a conventional self-excited oscillation type semiconductor laser device disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a sectional view of a conventional self-excited oscillation type semiconductor laser device.

図11に示すように、従来の自励発振型の半導体レーザ装置は、サファイア基板401上に、n型コンタクト層402と、n型クラッド層403と、活性層404と、p型クラッド層405と、n型電流狭搾層406、407と、p型コンタクト層408とが積層されて構成されている。   As shown in FIG. 11, a conventional self-pulsation type semiconductor laser device includes an n-type contact layer 402, an n-type cladding layer 403, an active layer 404, and a p-type cladding layer 405 on a sapphire substrate 401. The n-type current constricting layers 406 and 407 and the p-type contact layer 408 are laminated.

p型クラッド層405は、活性層404の表面を覆って形成された平坦部405aと、平坦部405aの中央部に上向きに凸設された幅W2の下段ストライプ部405bと、下段ストライプ部405bの中央部にさらに凸設された幅W1の上段ストライプ部405cとで構成される。下段ストライプ部405b及び上段ストライプ部405cは、幅W1が幅W2よりも狭くなるように構成されている。   The p-type cladding layer 405 includes a flat portion 405a formed so as to cover the surface of the active layer 404, a lower stripe portion 405b having a width W2 protruding upward at the center of the flat portion 405a, and a lower stripe portion 405b. The upper stripe portion 405c having a width W1 further protruded from the center portion. The lower stripe portion 405b and the upper stripe portion 405c are configured such that the width W1 is narrower than the width W2.

また、n型コンタクト層402の開口部上にはn側電極409が設けられており、p型コンタクト層408上にはp側電極410が設けられている。   An n-side electrode 409 is provided on the opening of the n-type contact layer 402, and a p-side electrode 410 is provided on the p-type contact layer 408.

このような構成の半導体レーザ装置によれば、p型クラッド層405から活性層404へ流れる電流は、幅W1の上段ストライプ部405cによって横方向への拡がりが規制された状態で活性層404へ流れる。従って、活性層404の中央に、上段ストライプ部405cの幅W1に応じた大きさの電流注入領域が形成される。また、下段ストライプ部405bの幅W2が上段ストライプ部405cの幅W1よりも広がっているので、発光スポット幅が下段ストライプ部405bの幅W2に応じた大きさとなり、発光スポット幅は電流注入領域の幅よりも大きくなる。これにより、電流注入領域の周囲に可飽和吸収領域が形成されることになり活性層404において、電流注入領域と可飽和吸収領域が相互作用し自励発振動作して、パルス状の光出力を得ることができる。   According to the semiconductor laser device having such a configuration, the current flowing from the p-type cladding layer 405 to the active layer 404 flows to the active layer 404 in a state where the lateral spread is restricted by the upper stripe portion 405c of the width W1. . Therefore, a current injection region having a size corresponding to the width W1 of the upper stripe portion 405c is formed in the center of the active layer 404. Further, since the width W2 of the lower stripe portion 405b is wider than the width W1 of the upper stripe portion 405c, the light emission spot width becomes a size corresponding to the width W2 of the lower stripe portion 405b, and the light emission spot width is equal to the current injection region. It becomes larger than the width. As a result, a saturable absorption region is formed around the current injection region, and in the active layer 404, the current injection region and the saturable absorption region interact to perform self-oscillation operation, thereby generating a pulsed light output. Obtainable.

特開2000−286504号公報JP 2000-286504 A

しかしながら、従来の自励発振型の半導体レーザ装置では、安定した自励発振動作を行わせることが難しいという問題がある。   However, the conventional self-excited oscillation type semiconductor laser device has a problem that it is difficult to perform a stable self-excited oscillation operation.

ところで、自励発振型の半導体レーザ装置では、電流広がりによって生じる活性層内の光学利得領域(その幅をGとする)をできるだけ狭くし、逆に光導波路スポットサイズ(その幅をSとする)を比較的大きく設定し、S>Gなる関係を満たした場合に、この差分が可飽和吸収領域として機能して自励発振動作が生じる。このため、自励発振型の半導体レーザ装置は、屈折率導波路(Index Guide)型の半導体レーザ装置と、利得導波路(Gain Guide)型の半導体レーザ装置との中間的な導波路を構成する。   By the way, in a self-excited oscillation type semiconductor laser device, an optical gain region (its width is G) in the active layer caused by current spreading is made as narrow as possible, and conversely, an optical waveguide spot size (its width is S). Is set to be relatively large and the relationship of S> G is satisfied, this difference functions as a saturable absorption region and self-oscillation operation occurs. Therefore, the self-excited oscillation type semiconductor laser device constitutes an intermediate waveguide between the refractive index waveguide (Index Guide) type semiconductor laser device and the gain waveguide (Gain Guide) type semiconductor laser device. .

ここで、自励発振型の半導体レーザ装置において、十分な可飽和吸収効果を生じさせることは、安定した自励発振動作を維持させる上で重要である。可飽和吸収効果は、活性層中央部の光学利得領域(発光領域)の微分利得(∂G/∂n:Gは光学利得、nは注入キャリア濃度)が小さく(レーザ発振時飽和)、また、可飽和吸収領域の微分利得が大きく、さらには、その両者の差が大きいことが有効である。すなわち、自励発振条件は、光学利得領域と可飽和吸収領域における微分利得とその大きさが重要である。なお、一般的に、活性層構造としては多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構造を採用する場合が多い。   Here, in a self-excited oscillation type semiconductor laser device, it is important to maintain a sufficient saturable absorption effect in order to maintain a stable self-excited oscillation operation. The saturable absorption effect has a small differential gain (∂G / ∂n: G is an optical gain, n is an injected carrier concentration) in the optical gain region (light emitting region) in the center of the active layer (saturation during laser oscillation), and It is effective that the differential gain in the saturable absorption region is large and that the difference between the two is large. That is, the self-excited oscillation condition is important for the differential gain and its magnitude in the optical gain region and the saturable absorption region. In general, as the active layer structure, a multiple quantum well (MQW) structure is often employed.

このように、自励発振動作を安定して発生させるためには、次の2つのことが必要であると考えられる。第一に、(1)活性層の発光領域での微分利得と可飽和吸収領域での微分利得との差が大きく、かつ、発光領域の微分利得が飽和しやすい構造であること、第二に、(2)可飽和吸収領域での光吸収効果が大きいこと、である。この(1)(2)の条件について、図12及び図13を用いて以下考察する。   Thus, in order to stably generate the self-excited oscillation operation, the following two things are considered necessary. First, (1) a structure in which the difference between the differential gain in the light emitting region of the active layer and the differential gain in the saturable absorption region is large, and the differential gain in the light emitting region is likely to be saturated; (2) The light absorption effect in the saturable absorption region is large. The conditions (1) and (2) will be discussed below with reference to FIGS.

図12は、活性層がバルク構造の半導体レーザ装置における光学利得Gと注入キャリア濃度nとの一般的な関係を示す図である。上述のとおり、安定した自励発振動作を起こさせるためには、上記の条件を満たすことが必要である。しかしながら、活性層がバルク構造の半導体レーザ装置においては、図12に示すように、発光領域での微分利得が飽和しにくいため、自励発振動作がしにくくなる。   FIG. 12 is a diagram showing a general relationship between the optical gain G and the injected carrier concentration n in a semiconductor laser device in which the active layer has a bulk structure. As described above, in order to cause a stable self-excited oscillation operation, it is necessary to satisfy the above conditions. However, in a semiconductor laser device having an active layer in a bulk structure, as shown in FIG. 12, the differential gain in the light emitting region is difficult to saturate, so that self-oscillation operation is difficult.

また、図13は、活性層がMQW構造の半導体レーザ装置における量子井戸数Nと光学利得の注入キャリア濃度との関係を定性的に示した図である。図13に示すように、活性層がMQW構造の半導体レーザ装置では、量子井戸数Nが増加すると、光学利得は飽和しにくくなり自励発振動作はしにくくなる。逆に、量子井戸数Nが少ないほど発光領域の光学利得Gが飽和しやすくなる。つまり、バルク構造のように光学利得が飽和しにくい活性層よりも量子井戸数が少ないMQW構造の活性層の方が、光学利得が飽和しやすく、飽和効果を強くすることによって自励発振動作を強くすることができる。   FIG. 13 is a diagram qualitatively showing the relationship between the number N of quantum wells and the injected carrier concentration of optical gain in a semiconductor laser device having an MQW structure as an active layer. As shown in FIG. 13, in the semiconductor laser device having an MQW structure in the active layer, as the number of quantum wells N increases, the optical gain is less likely to be saturated and the self-excited oscillation operation is difficult. Conversely, the smaller the quantum well number N, the easier the optical gain G in the light emitting region is saturated. In other words, an active layer having an MQW structure with a smaller number of quantum wells than an active layer in which optical gain is difficult to saturate, such as a bulk structure, is more likely to saturate optical gain and enhances the saturation effect, thereby allowing self-oscillation operation. Can be strong.

一方、光吸収領域における光吸収係数については、図12及び図13を参照すると、量子井戸構造の活性層の吸収係数が小さく、バルク構造の活性層の光吸収係数の方が量子井戸構造の活性層の光吸収係数よりも大きい。なお、この点は、量子井戸構造を光導波路に用いた場合、導波路損失が少なく良好な導波路特性を得られることからも実証されている。   On the other hand, with respect to the light absorption coefficient in the light absorption region, referring to FIGS. 12 and 13, the absorption coefficient of the active layer of the quantum well structure is smaller, and the light absorption coefficient of the active layer of the bulk structure is more active in the quantum well structure. Greater than the light absorption coefficient of the layer. This point has also been demonstrated from the fact that when a quantum well structure is used for an optical waveguide, good waveguide characteristics can be obtained with little waveguide loss.

しかしながら、光吸収係数が小さく光吸収量が少ないことは、上記(2)の「可飽和吸収領域での光吸収効果が大きいこと」という条件に反することになるため安定した自励動作実現が困難となる。光吸収量を増加させるには、バルク構造の活性層を導入するか多重量子井戸構造の活性層にて量子井戸数を増加することが有効であるが、この場合、逆に、上記(1)の「活性層の発光領域での微分利得と可飽和吸収領域での微分利得差が大きく、かつ、発光領域の微分利得が飽和しやすい構造であること」という条件を満たすことができない。   However, since the light absorption coefficient is small and the amount of light absorption is small, it is contrary to the condition (2) that “the light absorption effect in the saturable absorption region is large”, so that it is difficult to realize a stable self-excited operation. It becomes. In order to increase the amount of light absorption, it is effective to introduce an active layer having a bulk structure or to increase the number of quantum wells in an active layer having a multiple quantum well structure. The condition that “the differential gain difference in the light emitting region of the active layer and the differential gain in the saturable absorption region is large and the differential gain in the light emitting region is easily saturated” cannot be satisfied.

このように、現在のところ、(1)(2)を両立させて、安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置は実現されていない。   Thus, at present, a semiconductor laser device that achieves (1) and (2) and performs stable self-excited oscillation has not been realized.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、安定した自励発振動作を行う半導体レーザ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a semiconductor laser device that performs a stable self-oscillation operation.

本願の発明者らは、上記目的を実現するために、活性層電流注入領域を含む光導波路内において電流狭搾構造により狭搾された電流分布と光導波路内の光分布とを大きく変えることを検討した。そして、光導波路領域において、活性層内の電流分布の広がっている活性層電流注入領域においては低転位とし、活性層内の電流分布が広がっていない領域である可飽和吸収領域においては転位を帯状に集中して配置することで、キャリア寿命を短くして可飽和吸収の時間的復帰を促進し、安定した自励発振動作を実現することができるという知見を得ることができた。   In order to achieve the above object, the inventors of the present application greatly change the current distribution narrowed by the current constricting structure and the light distribution in the optical waveguide in the optical waveguide including the active layer current injection region. investigated. In the optical waveguide region, low dislocations are formed in the active layer current injection region where the current distribution in the active layer is widened, and dislocations are banded in the saturable absorption region where the current distribution in the active layer is not widened. As a result, it was found that the stable lifetime can be realized by shortening the carrier lifetime and promoting the time-saturated absorption recovery.

本発明は、このような知見により得られたものであり、以下の解決手段によって実現される。   The present invention has been obtained based on such knowledge, and is realized by the following solution means.

本発明に係る半導体レーザ装置の一態様は、自励発振動作をする半導体レーザ装置であって、基板と、当該基板の上に形成された第1導電型の下地層と、当該下地層の上に順次形成された、第1導電型のクラッド層、第1導電型のガイド層、活性層、第1導電型とは異なる導電型である第2導電型のガイド層、第2導電型のクラッド層及び第2導電型のコンタクト層によって構成された窒化物半導体からなる積層構造体と、前記第1導電型のクラッド層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型のコンタクト層に電気的に接続された第2電極とを備え、前記積層構造体は、前記第2電極の下方に領域であって第1の転位密度の領域である第1転位領域と、前記第1の転位密度とは異なる第2の転位密度の領域である第2転位領域とを含み、前記第2の転位密度が、前記第1の転位密度よりも大きくなるように構成される。   One aspect of a semiconductor laser device according to the present invention is a semiconductor laser device that performs a self-excited oscillation operation. The semiconductor laser device includes a substrate, a first conductivity type ground layer formed on the substrate, and the ground layer. The first conductivity type cladding layer, the first conductivity type guide layer, the active layer, the second conductivity type guide layer having a conductivity type different from the first conductivity type, and the second conductivity type clad are sequentially formed. A laminated structure made of a nitride semiconductor composed of a layer and a second conductivity type contact layer, a first electrode electrically connected to the first conductivity type cladding layer, and the second conductivity type contact A second electrode electrically connected to the layer, and the stacked structure includes a first dislocation region which is a region below the second electrode and has a first dislocation density, and the first A second dislocation region which is a region having a second dislocation density different from the dislocation density of Seen, the second dislocation density is configured to be larger than the first dislocation density.

本発明に係る半導体レーザの一態様によれば、活性層電流注入領域を含まない光導波路領域内における活性層領域である可飽和吸収領域の一部に、転位密度が相対的に大きい第2の転位密度である第2転位領域を存在させることができるので、可飽和吸収領域における光吸収量を増大させることができる。これにより、安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   According to one aspect of the semiconductor laser of the present invention, the second dislocation density is relatively high in a part of the saturable absorption region that is the active layer region in the optical waveguide region that does not include the active layer current injection region. Since the second dislocation region having the dislocation density can be present, the amount of light absorption in the saturable absorption region can be increased. As a result, a semiconductor laser device that performs a stable self-oscillation operation can be realized.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記積層構造体における光導波路領域は、前記第2電極から注入された電流が前記活性層に流れ込む領域である活性層電流注入領域と、当該活性層電流注入領域とは異なる領域である活性層電流非注入領域とを含み、前記活性層電流注入領域は、前記第1転位領域を含み、前記活性層電流非注入領域は、前記第2転位領域を含むことが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, the optical waveguide region in the stacked structure includes an active layer current injection region, which is a region into which the current injected from the second electrode flows into the active layer, and An active layer current non-injection region that is a region different from the active layer current injection region, the active layer current injection region includes the first dislocation region, and the active layer current non-injection region includes the second dislocation. It is preferable to include a region.

本態様によれば、光導波路領域内において、活性層電流注入領域に存在する第1転位領域と、活性層電流非注入領域である可飽和吸収領域に存在する第2転位領域とが含まれることになる。これにより、安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   According to this aspect, the optical waveguide region includes the first dislocation region present in the active layer current injection region and the second dislocation region present in the saturable absorption region that is the active layer current non-injection region. become. As a result, a semiconductor laser device that performs a stable self-oscillation operation can be realized.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記第2転位領域は、前記光導波路領域内に1箇所のみ存在することが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, it is preferable that the second dislocation region exists only in one place in the optical waveguide region.

可飽和吸収領域に転位が集中した転位領域が複数存在すると光吸収量が大幅に増大して閾値電流の増大を招く恐れがある。本態様によれば、必要最小限の光吸収量を確保することができる。例えば、活性層電流注入領域に対して左右どちらか一方に第2転位領域を配置することで、大幅な閾値電流の増大を防ぎ且つ安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   If there are a plurality of dislocation regions in which dislocations are concentrated in the saturable absorption region, the amount of light absorption is greatly increased, which may increase the threshold current. According to this aspect, a necessary minimum amount of light absorption can be ensured. For example, by disposing the second dislocation region on either the left or right side of the active layer current injection region, it is possible to realize a semiconductor laser device that prevents a significant increase in threshold current and performs stable self-oscillation operation. it can.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記第2転位領域は、前記第1転位領域の中心から5μm以内の範囲に存在することが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, it is preferable that the second dislocation region exists in a range within 5 μm from the center of the first dislocation region.

安定した自励発振動作は、光導波路領域内における活性層電流注入領域と可飽和吸収領域として働く電流非注入領域とのバランスにより保たれる。このバランスは、電流注入領域からの電流の横方向拡散距離(光学利得が正の領域)に対して光の横方向への拡がり距離を大きくすることにより実現できる。すなわち、光学利得が正の領域と、光導波路内の電流が注入されない活性層領域、すなわち光学利得が負の領域とのバランスによる。   The stable self-oscillation operation is maintained by the balance between the active layer current injection region and the current non-injection region functioning as the saturable absorption region in the optical waveguide region. This balance can be realized by increasing the lateral spread distance of light with respect to the lateral diffusion distance (region where the optical gain is positive) from the current injection region. That is, it depends on the balance between the region where the optical gain is positive and the active layer region where the current in the optical waveguide is not injected, that is, the region where the optical gain is negative.

導波光として横方向への光の染みだしは数μm以下であるので、電流注入領域幅があまりに広いと、利得が正の領域の割合に対して、可飽和吸収領域の割合が小さくなりすぎて安定した自励発振動作が得られない。   Since the leakage of light in the lateral direction as guided light is several μm or less, if the current injection region width is too wide, the proportion of the saturable absorption region is too small relative to the proportion of the positive region. Stable self-oscillation operation cannot be obtained.

そこで、本態様のように、光導波路領域内の電流非注入領域内における第2転位領域までの距離を第1転位領域の中心から5μm以内にすることにより、電流非注入領域に染み出した導波光を効率よく吸収することができる。これにより、安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   Therefore, as in this embodiment, the distance to the second dislocation region in the current non-injection region in the optical waveguide region is within 5 μm from the center of the first dislocation region, so that Wave light can be absorbed efficiently. As a result, a semiconductor laser device that performs a stable self-oscillation operation can be realized.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記第2の転位密度は、1×107/cm2以上であることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the semiconductor laser device according to the present invention, the second dislocation density is preferably 1 × 10 7 / cm 2 or more.

本態様のように、第2転位領域内の転位密度を1×107/cm2以上にすることにより、可飽和吸収領域内における光吸収量を増大させることができる。これにより、転位密度の増大よる光吸収により生じたキャリアは非発光再結合により支配的に消滅する。従って、安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。なお、安定した自励発振動作をさせるには、電流注入領域から横方向への光の染み出しと光吸収量とのバランスで決まる。また、電流注入領域における電流注入密度は数kA/cm2レベルに達することから、電流注入領域では低転位であることが求められ、1×106/cm2台もしくはそれ以下の転位密度であることが好ましい。 As in this embodiment, the amount of light absorption in the saturable absorption region can be increased by setting the dislocation density in the second dislocation region to 1 × 10 7 / cm 2 or more. As a result, carriers generated by light absorption due to an increase in dislocation density are predominantly eliminated by non-radiative recombination. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device that performs a stable self-oscillation operation. Note that a stable self-oscillation operation is determined by the balance between the light leakage from the current injection region in the lateral direction and the light absorption amount. Further, since the current injection density in the current injection region reaches several kA / cm 2 level, it is required that the current injection region has a low dislocation, and the dislocation density is 1 × 10 6 / cm 2 or less. It is preferable.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記活性層が、インジウムを含むことが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, the active layer preferably contains indium.

本態様のように、活性層がInを含むように構成することにより、紫外領域から可視領域までの発光波長を実現することができる。従って、用途に合わせて自由に発光波長を変えることができる。さらに、Inを含む窒化物材料はInの偏析が非常にしやすい材料であることから、Inの偏析部分はバンドギャップエネルギーが小さくなり、可飽和吸収領域内の導波光の光を効率的に光吸収させることが可能となる。これにより、安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   As in this embodiment, by configuring the active layer to contain In, an emission wavelength from the ultraviolet region to the visible region can be realized. Therefore, the emission wavelength can be freely changed according to the application. Furthermore, since the nitride material containing In is a material that easily segregates In, the In segregated portion has a small band gap energy and efficiently absorbs the light of the guided light in the saturable absorption region. It becomes possible to make it. As a result, a semiconductor laser device that performs a stable self-oscillation operation can be realized.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記基板と前記下地層との間に転位制御層を備え、前記転位制御層は、当該転位制御層の上に形成される層の転位を集中させることができる転位集中可領域を有することが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, a dislocation control layer is provided between the substrate and the base layer, and the dislocation control layer has a dislocation control layer formed on the dislocation control layer. It is preferable to have a dislocation-concentrating region that can be concentrated.

本態様によれば、転位制御層によって転位集中可領域の位置を制御することができる。これにより、転位集中可領域の上部に積層される層における転位領域(第2転位領域)の位置を電流注入領域に対して横方向に自由に調整することができる。従って、光導波路領域内の光分布に対して自由に位置制御を行うことが可能であるため、光吸収量を自由に調整できる。よって、安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   According to this aspect, the position of the dislocation concentrated region can be controlled by the dislocation control layer. Thereby, the position of the dislocation region (second dislocation region) in the layer stacked on the dislocation-concentrated region can be freely adjusted laterally with respect to the current injection region. Therefore, the position of the light distribution in the optical waveguide region can be freely controlled, so that the amount of light absorption can be adjusted freely. Therefore, a semiconductor laser device that performs a stable self-oscillation operation can be realized.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記転位制御層は、窒化物半導体が前記基板の主面に対して平行な方向に成長された横方向成長層を有することが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, the dislocation control layer preferably includes a lateral growth layer in which a nitride semiconductor is grown in a direction parallel to the main surface of the substrate.

これにより、横方向成長層によって転位集中可領域を容易に構成することができる。
さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記横方向成長層が、AlxGa1-xN(0≦x≦1)からなることが好ましい。
Thereby, a dislocation concentration possible region can be easily constituted by the lateral growth layer.
Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, it is preferable that the laterally grown layer is made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1).

これにより、転位制御層の一部をGaNより屈折率の低いAlxGa1-xNで構成することができ、この結果、光導波路領域内の縦方向の光閉じ込め(Γv)を大きくすることが可能であり、導波路損失を低減することで閾値電流密度の低減が可能となる。従って、安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。 As a result, a part of the dislocation control layer can be made of Al x Ga 1-x N having a refractive index lower than that of GaN. As a result, the longitudinal light confinement (Γv) in the optical waveguide region is increased. It is possible to reduce the threshold current density by reducing the waveguide loss. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device that performs a stable self-oscillation operation.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記転位制御層は、複数の凸部を有する下地種結晶層と、前記複数の凸部の凸部間に形成された成長層とを備え、前記成長層は、向かい合う前記凸部の側面から成長した第1成長層と第2成長層とが接合して形成され、前記転位集中可領域は、前記第1成長層と前記第2成長層とが接合する領域であることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, the dislocation control layer includes an underlayer seed crystal layer having a plurality of protrusions and a growth layer formed between the protrusions of the plurality of protrusions. The growth layer is formed by joining a first growth layer and a second growth layer grown from the side surfaces of the convex portions facing each other, and the dislocation-concentrated region is formed by the first growth layer and the second growth layer. It is preferable that the region be joined.

本態様のように、下地種結晶層の凸部の側面から成長した第1成長層と第2成長層とを接合して成長層を形成することにより、当該接合領域を転位集中可領域とすることができる。これにより、転位を集中させた第2転位領域を容易に形成することができる。   As in this embodiment, by forming the growth layer by joining the first growth layer and the second growth layer grown from the side surface of the convex portion of the base seed crystal layer, the junction region is made a dislocation-concentrated region. be able to. Thereby, the 2nd dislocation area | region which concentrated the dislocation | rearrangement can be formed easily.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記転位制御層は、複数の凸部を有する下地種結晶層と、前記複数の凸部の凸部間に形成された選択成長用膜と、前記下地種結晶層と前記選択成長用膜との上に形成された成長層とを備え、前記成長層は、前記複数の凸部の上面から成長した第1成長層と第2成長層とが接合して形成され、前記転位集中可領域は、前記第1成長層と前記第2成長層とが接合する領域であることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, the dislocation control layer includes an underlayer seed crystal layer having a plurality of protrusions, and a selective growth film formed between the protrusions of the plurality of protrusions. A growth layer formed on the underlayer seed crystal layer and the selective growth film, and the growth layer includes a first growth layer and a second growth layer grown from the top surfaces of the plurality of protrusions. Preferably, the dislocation-concentrated region is a region where the first growth layer and the second growth layer are bonded.

本態様のように、下地種結晶層の凸部の上面から成長した第1成長層と第2成長層とを接合して成長層を形成することにより、当該接合領域を転位集中可領域とすることができる。これにより、転位を集中させた第2転位領域を容易に形成することができる。   As in this embodiment, by forming the growth layer by bonding the first growth layer and the second growth layer grown from the upper surface of the convex portion of the base seed crystal layer, the junction region is made a dislocation concentrated region. be able to. Thereby, the 2nd dislocation area | region which concentrated the dislocation | rearrangement can be formed easily.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記基板に複数の凸部が形成されており、前記転位制御層は、前記複数の凸部の各々について前記凸部の一方の側面に形成された下地種結晶層と、前記複数の凸部の各々について前記凸部の他方の側面に形成された選択成長用膜と、前記下地種結晶層と前記選択成長用膜との上に形成された成長層とを備え、前記成長層は、複数の前記下地種結晶層のうちの一の下地種結晶層から成長した第1成長層と、前記一の下地種結晶膜とは異なる他の下地種結晶層から成長した第2成長層とが接合して形成され、前記転位集中可領域は、前記第1成長層と前記第2成長層とが接合する領域であることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, a plurality of convex portions are formed on the substrate, and the dislocation control layer is formed on one side surface of the convex portion for each of the plurality of convex portions. Formed on the underside seed crystal layer, the selective growth film formed on the other side surface of the convex portion for each of the plurality of convex portions, and the underlying seed crystal layer and the selective growth film. A first growth layer grown from one of the plurality of base seed crystal layers and another base different from the one base seed crystal film. It is preferable that the second growth layer grown from the seed crystal layer is joined and formed, and the dislocation concentrated region is a region where the first growth layer and the second growth layer are joined.

本態様のように、基板の凸部の側面に形成された下地種結晶層から成長した第1成長層と第2成長層とを接合して成長層を形成することにより、当該接合領域を転位集中可領域とすることができる。これにより、転位を集中させた第2転位領域を容易に形成することができる。   As in this embodiment, by forming the growth layer by bonding the first growth layer and the second growth layer grown from the base seed crystal layer formed on the side surface of the convex portion of the substrate, the junction region is dislocated. It can be set as a concentration possible area. Thereby, the 2nd dislocation area | region which concentrated the dislocation | rearrangement can be formed easily.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記下地層の一部もしくは全部が、AlxGa1-xN(0≦x≦1)とAlyGa1-yN(0≦y≦1、x≠y)との積層構造からなることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the semiconductor laser device according to the present invention, a part or all of the underlayer is formed of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and Al y Ga 1-y N (0 ≦ y It is preferable to have a laminated structure of ≦ 1, x ≠ y).

これにより、転位集中可領域の上部に積層される層における転位領域(第2転位領域)の転位数を制御することができる。   Thereby, it is possible to control the number of dislocations in the dislocation region (second dislocation region) in the layer stacked above the dislocation-concentrated region.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記基板が、サファイア基板、Si基板又はSiC基板であることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, the substrate is preferably a sapphire substrate, a Si substrate, or a SiC substrate.

レーザ光源用の低転位基板は現状のところ非常に高価なものであるが、本態様のように、低コストなサファイア基板、Si基板又はSiC基板を用いることで、一素子当たりのコストを大幅に低減することができる。これにより、低コストで自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   Low dislocation substrates for laser light sources are very expensive at present, but by using a low-cost sapphire substrate, Si substrate, or SiC substrate as in this embodiment, the cost per element is greatly increased. Can be reduced. As a result, a semiconductor laser device capable of self-oscillation operation at low cost can be realized.

さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記積層構造体の主面が、半極性又は無極性であることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the semiconductor laser device according to the present invention, it is preferable that a main surface of the multilayer structure is semipolar or nonpolar.

従来から、c面(有極性面)上での自励発振動作する半導体レーザ装置が実現されている。しかし、この場合、ピエゾ効果により活性層内の電子と正孔とが空間的に離れてしまうことになるので、可飽和吸収領域内での光吸収により生じたキャリアの消滅時間が長くなってしまう。   Conventionally, a semiconductor laser device that performs self-excited oscillation operation on the c-plane (polar plane) has been realized. However, in this case, electrons and holes in the active layer are spatially separated due to the piezo effect, so that the annihilation time of carriers generated by light absorption in the saturable absorption region becomes long. .

本態様のように、積層構造体の半導体層の主面を半極性又は無極性にすることにより、ピエゾ効果を低減することができ、電子と正孔とが空間的に離れなくなる。これにより、光吸収により生じたキャリアの消滅時間が早くなり、光吸収が可能になるまでの時間を短くすることができ、単位時間当たりの光吸収量を増大させることができる。従って、より安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   By making the main surface of the semiconductor layer of the stacked structure semi-polar or non-polar as in this embodiment, the piezo effect can be reduced, and electrons and holes are not spatially separated. As a result, the disappearance time of carriers generated by light absorption is accelerated, the time until light absorption is possible can be shortened, and the amount of light absorption per unit time can be increased. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device that performs a more stable self-excited oscillation operation.

本発明に係る半導体レーザ装置によれば、キャリア寿命を短くし可飽和吸収の時間的復帰を促進し、安定した自励発振動作を実現することができる。   According to the semiconductor laser device of the present invention, it is possible to shorten the carrier life and promote the time-saturated absorption, thereby realizing a stable self-oscillation operation.

本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置における光導波路付近を模式的に表した一部拡大断面図である。1 is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing the vicinity of an optical waveguide in a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 転位密度とPL発光強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a dislocation density and PL light emission intensity. 本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における各工程の断面図である。It is sectional drawing of each process in the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention. (a)は、第1の実施形態に係る下地基板の模式図である。(b)は、第1の実施形態に係る下地基板を作製し、当該下地基板をm軸方向から観察した断面TEM像である。(c)は、(b)の下地基板を上面から観察したカソードルミネッセンス像である。(A) is a schematic diagram of the base substrate which concerns on 1st Embodiment. (B) is the cross-sectional TEM image which produced the base substrate which concerns on 1st Embodiment, and observed the said base substrate from the m-axis direction. (C) is a cathodoluminescence image obtained by observing the base substrate of (b) from above. 本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor laser apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における各工程の断面図である。It is sectional drawing of each process in the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention. (a)は、第2の実施形態に係る下地基板を作製し、当該下地基板をm軸方向から観察した断面TEM像である。(b)は、(a)の下地基板を上面から観察したカソードルミネッセンス像である。(A) is the cross-sectional TEM image which produced the base substrate which concerns on 2nd Embodiment, and observed the said base substrate from the m-axis direction. (B) is the cathode luminescence image which observed the base substrate of (a) from the upper surface. 本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor laser apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における各工程の断面図である。It is sectional drawing of each process in the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning the 3rd Embodiment of this invention. 従来の自励発振型の半導体レーザ装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional self-oscillation type semiconductor laser apparatus. 活性層がバルク構造の半導体レーザ装置における光学利得Gと注入キャリア濃度nとの一般的な関係を示す図である。It is a figure which shows the general relationship between the optical gain G and the injection | pouring carrier density | concentration n in the semiconductor laser apparatus whose active layer is a bulk structure. 活性層がMQW構造の半導体レーザ装置における量子井戸数Nと光学利得の注入キャリア濃度との関係を定性的に示した図である。It is the figure which showed qualitatively the relationship between the number N of quantum wells and the injection carrier density | concentration of an optical gain in the semiconductor laser apparatus whose active layer is MQW structure.

以下、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図は説明のための模式図であり、膜厚や各部の大きさの比等は必ずしも厳密ではなく、また、各図同士において一致しない場合もある。   Hereinafter, a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each figure is a schematic diagram for explanation, and the film thickness, the ratio of the size of each part, and the like are not necessarily strict, and the figures may not match each other.

(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
First, a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1は、自励発振動作を行う自励発振型の半導体レーザ装置であって、基板110と、基板110上に形成された下地種結晶層111及び横方向成長層112と、下地種結晶層111及び横方向成長層112の上に形成された第1導電型(n型)の下地層114とを備える。   As shown in FIG. 1, a semiconductor laser device 1 according to a first embodiment of the present invention is a self-excited oscillation type semiconductor laser device that performs a self-excited oscillation operation, and is formed on a substrate 110 and a substrate 110. And a first conductivity type (n-type) base layer 114 formed on the base seed crystal layer 111 and the lateral growth layer 112.

基板110は、例えば、主面の面方位が(001)面であるサファイア基板を用いることができる。   As the substrate 110, for example, a sapphire substrate whose principal surface has a (001) plane orientation can be used.

下地種結晶層111は、ストライプ状の複数の凹部が形成された凹凸構造を有するGaN(窒化ガリウム)等からなる窒化物半導体層である。下地種結晶層111は、複数の凹部が形成されることにより構成される複数の凸部111aを備える。   The base seed crystal layer 111 is a nitride semiconductor layer made of GaN (gallium nitride) or the like having a concavo-convex structure in which a plurality of stripe-shaped concave portions are formed. The base seed crystal layer 111 includes a plurality of convex portions 111a configured by forming a plurality of concave portions.

横方向成長層112は、下地種結晶層111の凸部111a間の凹部を埋めるようにして形成されたGaN等からなる窒化物半導体層である。横方向成長層112は、下地種結晶層111の凸部111aの側面から横方向(基板主面と略平行な方向)に結晶成長させたものであり、向かい合う凸部111aの側面から成長した横方向成長層112a、112b同士が接合して一体化して形成される。隣り合う横方向成長層112aと横方向成長層112bとが接合した部分は接合部分113aであり、接合部分113aを含むその周辺領域は接合領域113である。接合領域113は、接合領域113上に形成される層の転位を集中させることができる転位集中可領域として機能し、接合領域113上に形成される層は転位が集中して転位密度が大きくなる。また、下地結晶層111の凸部111aの上に形成される層も転位が集中して転位密度が大きくなる。本実施形態において、横方向成長層112は、下地種結晶層111とともに、転位集中可領域を有する転位制御層として機能する。   The laterally grown layer 112 is a nitride semiconductor layer made of GaN or the like formed so as to fill the recesses between the protrusions 111 a of the base seed crystal layer 111. The laterally grown layer 112 is obtained by crystal growth in the lateral direction (direction substantially parallel to the main surface of the substrate) from the side surface of the convex portion 111a of the base seed crystal layer 111, and is grown laterally from the side surface of the convex portion 111a facing each other. The direction growth layers 112a and 112b are joined and integrated. A portion where adjacent lateral growth layers 112a and 112b are joined is a joint portion 113a, and a peripheral region including the joint portion 113a is a joint region 113. The junction region 113 functions as a dislocation concentration capable region in which dislocations of a layer formed on the junction region 113 can be concentrated, and the layer formed on the junction region 113 concentrates dislocations and increases the dislocation density. . Further, dislocations are concentrated in the layer formed on the convex portion 111a of the base crystal layer 111, and the dislocation density is increased. In the present embodiment, the laterally grown layer 112 functions as a dislocation control layer having a dislocation concentrated region together with the base seed crystal layer 111.

下地層114は、下地種結晶層111及び横方向成長層112の上の全面に形成されたn型の窒化物半導体層である。本実施形態において、下地層114は、不純物としてSi(シリコン)をドープしたn型のGaNで構成した。   The foundation layer 114 is an n-type nitride semiconductor layer formed on the entire surface of the foundation seed crystal layer 111 and the lateral growth layer 112. In the present embodiment, the base layer 114 is composed of n-type GaN doped with Si (silicon) as an impurity.

さらに、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1は、図1に示すように、下地層114の上に、n型クラッド層115、n型ガイド層116、活性層117、第1導電型とは異なる第2導電型(p型)であるp型ガイド層118、キャリアオーバーフロー抑制層119及びp型クラッド層120が順次積層されている。これらの層は、窒化物半導体からなる積層構造体である。   Further, as shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention has an n-type cladding layer 115, an n-type guide layer 116, an active layer 117, a first layer on a base layer 114. A p-type guide layer 118, a carrier overflow suppression layer 119, and a p-type cladding layer 120, which are second conductivity types (p-type) different from the conductivity type, are sequentially stacked. These layers are a laminated structure made of a nitride semiconductor.

n型クラッド層115は、下地層114上に形成されたn型窒化物半導体層であり、例えば、Si等のn型の不純物がドープされたAl0.05Ga0.95Nで構成することができる。 The n-type cladding layer 115 is an n-type nitride semiconductor layer formed on the base layer 114, and can be made of, for example, Al 0.05 Ga 0.95 N doped with an n-type impurity such as Si.

n型ガイド層116は、n型クラッド層115上に形成されたn型窒化物半導体層であり、例えば、Si等のn型の不純物がドープされたGaNで構成することができる。   The n-type guide layer 116 is an n-type nitride semiconductor layer formed on the n-type cladding layer 115, and can be composed of, for example, GaN doped with an n-type impurity such as Si.

活性層117は、n型ガイド層116上に形成されており、例えば、In0.02Ga0.98Nからなるバリア層とIn0.06Ga0.94Nからなる井戸層との多重量子井戸構造の活性層である。 The active layer 117 is formed on the n-type guide layer 116 and is, for example, an active layer having a multiple quantum well structure including a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N and a well layer made of In 0.06 Ga 0.94 N.

p型ガイド層118は、活性層117上に形成されたp型窒化物半導体層であり、例えば、Mg(マグネシウム)等のp型の不純物がドープされたGaNで構成することができる。   The p-type guide layer 118 is a p-type nitride semiconductor layer formed on the active layer 117, and can be composed of, for example, GaN doped with a p-type impurity such as Mg (magnesium).

キャリアオーバーフロー抑制層119は、p型ガイド層118上に形成された窒化物半導体層であり、例えば、Al0.20Ga0.80Nで構成することができる。 The carrier overflow suppression layer 119 is a nitride semiconductor layer formed on the p-type guide layer 118 and can be composed of, for example, Al 0.20 Ga 0.80 N.

p型クラッド層120は、キャリアオーバーフロー抑制層119上に形成されたp型窒化物半導体層であり、例えば、p型のAl0.10Ga0.90Nとp型のGaNとを複数回繰り返して積層して形成された歪超格子構造の窒化物半導体層で構成することができる。また、p型クラッド層120は、上面視ストライプ形状で断面凸形状のリッジ部120aを有する。 The p-type cladding layer 120 is a p-type nitride semiconductor layer formed on the carrier overflow suppression layer 119. For example, p-type Al 0.10 Ga 0.90 N and p-type GaN are laminated repeatedly several times. The nitride semiconductor layer can be formed of a formed strained superlattice structure. The p-type cladding layer 120 has a ridge portion 120a having a stripe shape in a top view and a convex cross section.

さらに、p型クラッド層120のリッジ部120a上には、p型コンタクト層122とp側電極123(第2電極)が形成されており、p側電極123はp型コンタクト層122と電気的に接続されている。また、p型クラッド層120のリッジ部120aが形成されていない領域上には誘電体膜121が形成されている。また、積層構造体が除去された開口部には下地層114が露出されており、下地層114の上には、n側電極124(第1電極)が形成されている。n側電極124は、下地層114を介してn型クラッド層115と電気的に接続されている。   Further, a p-type contact layer 122 and a p-side electrode 123 (second electrode) are formed on the ridge portion 120 a of the p-type cladding layer 120, and the p-side electrode 123 is electrically connected to the p-type contact layer 122. It is connected. A dielectric film 121 is formed on the region of the p-type cladding layer 120 where the ridge portion 120a is not formed. In addition, the base layer 114 is exposed in the opening from which the stacked structure is removed, and an n-side electrode 124 (first electrode) is formed on the base layer 114. The n-side electrode 124 is electrically connected to the n-type cladding layer 115 through the base layer 114.

p型コンタクト層122及びp側電極123が形成されているリッジ部120aは活性層117に電流を注入するための領域であり、p側電極123及びリッジ部120aの下方領域とその周辺領域は電流注入領域130である。   The ridge portion 120a in which the p-type contact layer 122 and the p-side electrode 123 are formed is a region for injecting current into the active layer 117, and the region below the p-side electrode 123 and the ridge portion 120a and its peripheral region are currents. This is an implantation region 130.

本実施形態において、p型コンタクト層122は、例えば、Mg(マグネシウム)等のp型の不純物がドープされたGaNで構成することができる。また、誘電体膜121は、SiO2で構成することができる。p側電極123は、パラジウム(Pd)と白金(Pt)との積層金属膜によって構成することができ、n側電極124は、Ti(チタン)と白金(Pt)と金(Au)との積層金属膜によって構成することができる。 In the present embodiment, the p-type contact layer 122 can be composed of GaN doped with a p-type impurity such as Mg (magnesium), for example. The dielectric film 121 can be made of SiO 2 . The p-side electrode 123 can be composed of a laminated metal film of palladium (Pd) and platinum (Pt), and the n-side electrode 124 is a laminated film of Ti (titanium), platinum (Pt), and gold (Au). It can be constituted by a metal film.

本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1では、上述のとおり、下地種結晶層111の凹部において隣り合った横方向成長層112a、112bが接合して接合領域113が形成されている。そして、接合領域113上に形成される積層構造体には、誘電体膜121から接合領域113にかけて帯状の転位領域141が形成されている。つまり、横方向成長層112における接合領域113上に成長する層は、接合領域113の接合部分113aによって転位が集中するようにして形成される。   In the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention, as described above, the laterally grown layers 112a and 112b adjacent to each other in the concave portion of the base seed crystal layer 111 are joined to form the junction region 113. . In the stacked structure formed on the junction region 113, a strip-shaped dislocation region 141 is formed from the dielectric film 121 to the junction region 113. That is, a layer that grows on the junction region 113 in the lateral growth layer 112 is formed so that dislocations are concentrated by the junction portion 113 a of the junction region 113.

一方、接合領域113が形成されていない横方向成長層112上に成長する層は転位が集中せずに形成され、この部分の上には低転位化された領域が形成される。   On the other hand, the layer grown on the laterally grown layer 112 where the junction region 113 is not formed is formed without concentration of dislocations, and a region with low dislocations is formed on this portion.

また、下地種結晶層111の凸部111a上に直接下地層114が形成された領域上にも転位が集中した領域となっており、誘電体膜121から下地種結晶層111にかけて帯状の転位領域151が形成されている。つまり、下地種結晶層111の凸部111aも転位集中可領域として機能する。このように本実施形態に係る半導体レーザ装置1には、転位密度が他の部分よりも大きい帯状の転位領域141、151が形成されている。   In addition, dislocations are concentrated on a region where the base layer 114 is formed directly on the convex portion 111 a of the base seed crystal layer 111, and a band-shaped dislocation region extends from the dielectric film 121 to the base seed crystal layer 111. 151 is formed. That is, the convex portion 111a of the base seed crystal layer 111 also functions as a dislocation concentration region. As described above, in the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment, the strip-shaped dislocation regions 141 and 151 having a dislocation density larger than that of other portions are formed.

次に、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1の動作について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置における光導波路付近を模式的に表した一部拡大断面図である。   Next, the operation of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing the vicinity of the optical waveguide in the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

図2において、破線で示す楕円領域は、半導体レーザ装置1の光導波路領域160を示している。光導波路領域160は、p側電極123から注入された電流が活性層117に流れ込む領域である活性層電流注入領域と、活性層電流注入領域とは異なる領域である活性層電流非注入領域とを含んでいる。   In FIG. 2, an elliptical area indicated by a broken line indicates the optical waveguide area 160 of the semiconductor laser device 1. The optical waveguide region 160 includes an active layer current injection region where the current injected from the p-side electrode 123 flows into the active layer 117 and an active layer current non-injection region which is a region different from the active layer current injection region. Contains.

図2に示すように、本実施形態においては、p側電極123の下方領域、すなわちp型クラッド層120のリッジ部120aの下方領域とその周辺領域である電流注入領域130においては、光導波路領域160内の電流狭搾構造により電流を狭搾して電流分布170と光導波路領域160内の光分布とを大きく変えている。   As shown in FIG. 2, in the present embodiment, in the region below the p-side electrode 123, that is, the region below the ridge 120a of the p-type cladding layer 120 and the current injection region 130 that is the peripheral region thereof, the optical waveguide region The current is squeezed by the current squeezing structure in 160 to greatly change the current distribution 170 and the light distribution in the optical waveguide region 160.

すなわち、活性層117内の電流分布170の拡がっている領域を転位密度が低い低転位領域としている。また、電流注入領域130の周辺領域であって帯状の転位領域141を含む領域である近傍領域140は、光導波路領域160において電流分布170が拡がっていない領域であり、可飽和吸収領域として機能する。つまり、電流注入領域130における光導波路領域160は活性層電流注入領域であり、近傍領域140における光導波路領域160は活性層非電流注入領域である。   That is, a region where the current distribution 170 in the active layer 117 is wide is a low dislocation region having a low dislocation density. A neighboring region 140 that is a peripheral region of the current injection region 130 and includes the band-shaped dislocation region 141 is a region where the current distribution 170 is not expanded in the optical waveguide region 160 and functions as a saturable absorption region. . That is, the optical waveguide region 160 in the current injection region 130 is an active layer current injection region, and the optical waveguide region 160 in the vicinity region 140 is an active layer non-current injection region.

近傍領域140は、図1における接合領域113上における領域である。近傍領域140における帯状の転位領域141(第2転位領域)において、帯状の転位は、光導波路と平行(紙面垂直方向)で且つ基板垂直方向に帯状に集中して形成されている。そして、帯状の転位領域141によって光導波路領域160内の光が吸収されるので、生成されたキャリアに対して非発光再結合成分を増大させてキャリアの寿命を短くすることができる。これにより、可飽和吸収の時間的復帰を促進させる光吸収量を増大させることができるので、安定した自励発振動作を実現することができる。   The neighboring region 140 is a region on the bonding region 113 in FIG. In the belt-like dislocation region 141 (second dislocation region) in the neighboring region 140, the belt-like dislocations are formed in a band shape parallel to the optical waveguide (perpendicular to the paper surface) and perpendicular to the substrate. Since the light in the optical waveguide region 160 is absorbed by the band-shaped dislocation region 141, the non-radiative recombination component can be increased with respect to the generated carriers to shorten the lifetime of the carriers. As a result, the amount of light absorption that promotes the temporal recovery of saturable absorption can be increased, and a stable self-oscillation operation can be realized.

このように構成される本実施形態に係る半導体レーザ装置1において、電流注入領域130内の転位密度、特に、活性層注入領域における転位密度を第1の転位密度aとし、近傍領域140内の転位密度、特に、活性層非電流注入領域における帯状の転位領域141の転位密度を第2の転位密度bとすると、第1の転位密度aと第2の転位密度bの関係は、a<bとなっており、第2の転位密度は第1の転位密度よりも大きい関係としている。なお、帯状の転位領域151を含む近傍領域150も近傍領域140と同様であり、帯状の転位領域151は、光吸収量を増大させる可飽和吸収領域として機能する。   In the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment configured as described above, the dislocation density in the current injection region 130, particularly, the dislocation density in the active layer injection region is the first dislocation density a, and the dislocation in the neighboring region 140 is If the density, in particular, the dislocation density in the band-shaped dislocation region 141 in the active layer non-current injection region is the second dislocation density b, the relationship between the first dislocation density a and the second dislocation density b is a <b. The second dislocation density is larger than the first dislocation density. Note that the neighboring region 150 including the strip-shaped dislocation region 151 is similar to the neighboring region 140, and the strip-shaped dislocation region 151 functions as a saturable absorption region that increases the amount of light absorption.

ここで、転位とキャリアの非発光再結合成分との関係について、図3を用いて説明する。図3は、転位密度とPL(Photo Luminescence)発光強度との関係を示す図である。なお、図3は、文献(Appl.Phys.Lett.,76,p,2000)において、既に調査及び報告されている。図3において、横軸は転位密度を示し、縦軸はPL発光強度を示している。   Here, the relationship between dislocations and non-radiative recombination components of carriers will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between dislocation density and PL (Photo Luminescence) emission intensity. Note that FIG. 3 has already been investigated and reported in the literature (Appl. Phys. Lett., 76, p, 2000). In FIG. 3, the horizontal axis represents dislocation density, and the vertical axis represents PL emission intensity.

図3に示すように、転位密度が107/cm-2以上になると、急激にPL発光強度が低下することが分かる。これは、当初は励起されたキャリアにおける発光再結合成分が支配的であったが、転位密度が増大することにより、転位を介してキャリアが消滅して非発光再結合成分が増大し、PL発光強度が低下したことを示している。 As shown in FIG. 3, it can be seen that when the dislocation density is 10 7 / cm −2 or more, the PL emission intensity rapidly decreases. This is because the emission recombination component in the excited carrier was dominant at the beginning, but by increasing the dislocation density, the carrier disappears through the dislocation and the non-light emission recombination component increases, and PL emission It shows that the strength has decreased.

従って、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1によれば、光導波路領域160内であって電流注入領域130の周辺領域である近傍領域140に転位を集中して配置させることにより、すなわち、可飽和吸収領域内に転位領域を配置させることにより、効率的に光吸収量を増大させることができる。   Therefore, according to the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention, dislocations are concentrated in the optical waveguide region 160 and arranged in the vicinity region 140 that is the peripheral region of the current injection region 130. That is, the amount of light absorption can be increased efficiently by disposing the dislocation region in the saturable absorption region.

なお、本実施形態においては、帯状の転位領域(第2転位領域)として、近傍領域140の光導波路領域160内(可飽和吸収領域内)に2つの転位領域141、151を形成したが、これに限るものではない。可飽和吸収領域に転位が集中した転位領域が複数存在すると光吸収量が大幅に増大しすぎて、閾値電流の増大を招く場合もある。この場合、帯状の転位領域は、光導波路領域160内に1箇所のみ、例えば近傍領域140もしくは150のみに存在するように構成しても構わない。つまり、所望の光吸収量となるように、転位領域の数及び転位密度を設定すればよい。   In the present embodiment, two dislocation regions 141 and 151 are formed in the optical waveguide region 160 (in the saturable absorption region) of the neighboring region 140 as the band-shaped dislocation region (second dislocation region). It is not limited to. If there are a plurality of dislocation regions in which dislocations are concentrated in the saturable absorption region, the amount of light absorption increases significantly, which may increase the threshold current. In this case, the band-shaped dislocation region may be configured to exist only in one place in the optical waveguide region 160, for example, only in the vicinity region 140 or 150. That is, the number of dislocation regions and the dislocation density may be set so that a desired light absorption amount is obtained.

次に、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1の製造方法について、図4を用いて説明する。図4は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における各工程の断面図である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of each step in the method of manufacturing the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

まず、図4(a)に示すように、基板主面の面方位が(001)面であるサファイア基板からなる基板110の主面上に、膜厚が3.0μmのGaNからなる下地種結晶層111を形成する。なお、下地種結晶層111の結晶成長は、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法により行った。より具体的には、ガリウム(Ga)原料としてトリメチルガリウム(TMG)を用い、窒素(N)の原料としてアンモニア(NH3)を用いた。また、成長温度は約1000℃で行った。 First, as shown in FIG. 4A, a base seed crystal made of GaN having a film thickness of 3.0 μm is formed on the main surface of a substrate 110 made of a sapphire substrate whose plane orientation is (001). Layer 111 is formed. The crystal growth of the base seed crystal layer 111 was performed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. More specifically, trimethylgallium (TMG) was used as a gallium (Ga) raw material, and ammonia (NH 3 ) was used as a nitrogen (N) raw material. The growth temperature was about 1000 ° C.

その後、下地種結晶層111上に、原料にシラン(SiH4)を用いた熱化学気層成長(Thermal Chemical Vapor Deposition:TCVD)法により、膜厚が600nmの酸化シリコン(SiO2)を成膜する。 Thereafter, a 600 nm-thick silicon oxide (SiO 2 ) film is formed on the underlying seed crystal layer 111 by a thermal chemical vapor deposition (TCVD) method using silane (SiH 4 ) as a raw material. To do.

その後、リソグラフィ法及びエッチング法により、酸化シリコンをパターニングすることにより、図4(b)に示すように、m軸に平行でa軸方向に5μmの幅を有するストライプ状のマスク膜M10を複数形成する。なお、隣接するマスク膜M10の間には、m軸に平行でa軸方向に例えば6μmの幅を有するストライプ状の開口部が形成される。すなわち、開口部には、酸化シリコンが形成されておらず、下地種結晶層111のGaNが露出している。なお、基板110及び積層構造体の結晶方位をc、a及びmとすると、c軸は面方位が(0001)面の法線ベクトルであり、a軸は面方位が(11−20)面の法線ベクトルであり、m軸は面方位が(1−100)面の法線ベクトルである。   Thereafter, by patterning silicon oxide by lithography and etching, a plurality of stripe-shaped mask films M10 having a width of 5 μm in the a-axis direction and parallel to the m-axis are formed as shown in FIG. 4B. To do. A stripe-shaped opening having a width of, for example, 6 μm in the a-axis direction is formed between the adjacent mask films M10. That is, silicon oxide is not formed in the opening, and the GaN of the seed crystal layer 111 is exposed. If the crystal orientations of the substrate 110 and the laminated structure are c, a, and m, the c-axis is a normal vector with a (0001) plane and the a-axis has a (11-20) plane. It is a normal vector, and the m-axis is a normal vector whose plane orientation is (1-100) plane.

次に、図4(c)に示すように、エッチングガスである四フッ化炭素(CF4)を用いた誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)エッチング装置によりエッチングすることにより、マスク膜M10の複数の開口部を通して下地種結晶層111に深さが1.8μmの凹部を複数個形成する。これにより、下地種結晶層111に複数の凸部111aを形成することができる。 Next, as shown in FIG. 4C, the mask film M10 is etched by etching with an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus using carbon tetrafluoride (CF 4 ) as an etching gas. A plurality of recesses having a depth of 1.8 μm are formed in the base seed crystal layer 111 through the plurality of openings. Thereby, a plurality of convex portions 111 a can be formed in the base seed crystal layer 111.

その後、フッ化水素酸(HF)を用いてマスク膜M10を除去することにより、図4(d)に示すように、凹凸構造の下地種結晶層111が形成された下地基板を形成することができる。なお、下地種結晶層111の凸部111a(凹部)は、m軸方向に延びるストライプ形状である。   Thereafter, by removing the mask film M10 using hydrofluoric acid (HF), as shown in FIG. 4D, the base substrate on which the base seed crystal layer 111 having the concavo-convex structure is formed can be formed. it can. In addition, the convex part 111a (concave part) of the base seed crystal layer 111 has a stripe shape extending in the m-axis direction.

次に、この下地基板を用いて、MOCVD法によりGaNの結晶成長を行う。この場合、凹凸構造を有する下地種結晶層111が形成された基板110をMOCVD装置反応炉に入れ、N2ガス及びGaN結晶の窒素原料であるアンモニアガス雰囲気中にて800℃までの昇温を実施する。その後、窒素原料をアンモニア(NH3)からジメチルヒドラジン(DMHy)に代えて、成長層としてGaNを結晶成長させる。このとき、GaNの成長層は、下地種結晶層111の凸部111aの各側面から選択的に結晶成長する。なお、このときの結晶成長温度は約800℃であり、アンモニアの供給は停止している。 Next, using this base substrate, GaN crystal growth is performed by MOCVD. In this case, the substrate 110 on which the base seed crystal layer 111 having the concavo-convex structure is formed is put into a MOCVD apparatus reactor, and the temperature is raised to 800 ° C. in an ammonia gas atmosphere which is a nitrogen raw material of N 2 gas and GaN crystal. carry out. Thereafter, the nitrogen raw material is changed from ammonia (NH 3 ) to dimethylhydrazine (DMHy), and GaN is grown as a growth layer. At this time, the growth layer of GaN selectively grows from each side surface of the convex portion 111 a of the base seed crystal layer 111. At this time, the crystal growth temperature is about 800 ° C., and the supply of ammonia is stopped.

DMHyによるGaNの成長は、アンモニアによるGaNの成長と比べて特殊な成長モードを実現することができ、本実施形態では、種結晶である凸部111aの側面のみからGaNの成長を開始させ、かつ横方向(基板主面に対して略平行方向)にのみGaNを結晶成長させることができきる。なお、この横方向にのみ成長する半導体層を横方向エピタキシャル成長層と呼んでおり、本実施形態では、横方向成長層112とする。横方向成長層112は、DMHyの流量を多く設定することにより、約10μm/hという高速な結晶成長速度で成長させることができ、なおかつ、このような高速な結晶成長速度であるにも拘わらず、高品質な結晶性が維持されている。横方向成長層112の結晶面方位は、種結晶である下地種結晶層111の凸部111aの側面における面方位と同一である。このように、DMHyにより成長した横方向成長層112は横方向にのみ成長するため、下地種結晶層111の凸部側面とGaNとの界面における転位は全て横方向(基板主面に対して略平行方向)に曲げられる。   The growth of GaN by DMHy can realize a special growth mode as compared with the growth of GaN by ammonia. In this embodiment, the growth of GaN is started only from the side surface of the convex portion 111a which is a seed crystal, and GaN can be crystal-grown only in the lateral direction (substantially parallel to the substrate main surface). Note that the semiconductor layer grown only in the lateral direction is called a lateral epitaxial growth layer, and in this embodiment, the semiconductor layer is referred to as the lateral growth layer 112. The lateral growth layer 112 can be grown at a high crystal growth rate of about 10 μm / h by setting a large flow rate of DMHy, and in spite of such a high crystal growth rate. High quality crystallinity is maintained. The crystal plane orientation of the lateral growth layer 112 is the same as the plane orientation of the side surface of the convex portion 111a of the base seed crystal layer 111 which is a seed crystal. Thus, since the laterally grown layer 112 grown by DMHy grows only in the lateral direction, all the dislocations at the interface between the convex side surface of the base seed crystal layer 111 and GaN are laterally (substantially with respect to the main surface of the substrate). Bend in the parallel direction).

下地種結晶層111の凸部側面から横方向に成長を開始した横方向成長層112は、向かい合う凸部側面から成長した横方向成長層112a、112bとが接続するまで成長を行う。これにより、図4(e)に示すように、下地種結晶層111の凸部111a同士の間(凹部)は横方向成長層112によって埋め込まれる。このとき、隣り合う横方向成長層112a、112b同士は接続して合体している。   The lateral growth layer 112 that has started growing in the lateral direction from the convex side surface of the base seed crystal layer 111 is grown until the lateral growth layers 112a and 112b grown from the opposing convex side surface are connected. Thereby, as shown in FIG. 4E, the space between the convex portions 111 a (concave portions) of the base seed crystal layer 111 is filled with the lateral growth layer 112. At this time, the adjacent laterally grown layers 112a and 112b are connected and united.

また、本実施形態では、上述したように、GaNからなる横方向成長層112の成長条件として、DMHyの流量を多く設定している。これにより、DMHyに含まれる炭素(C)が横方向成長層112に意図的に(積極的に)取り込まれる。横方向成長層112に積極的に取り込まれた炭素は、その上部に形成される層の格子定数を大きくする働きを担っている。ここでは、横方向成長層112の炭素濃度は、例えば、1×1019cm-3から5×1020cm-3程度である。 In the present embodiment, as described above, a large flow rate of DMHy is set as the growth condition of the lateral growth layer 112 made of GaN. Thereby, carbon (C) contained in DMHy is intentionally (positively) taken into the lateral growth layer 112. The carbon actively taken into the laterally grown layer 112 has a function of increasing the lattice constant of the layer formed thereon. Here, the carbon concentration of the laterally grown layer 112 is, for example, about 1 × 10 19 cm −3 to 5 × 10 20 cm −3 .

さらに、横方向成長層112の窒素原料にDMHyを用いることにより、横方向成長領域における水素(H)濃度を低下させることができる。これは、DMHyの熱分解過程において不安定なメチル(CH3)基を遊離させることができるからであり、これがメタン(CH4)として安定化するので、表面にある水素と効率良く結合するためである。その結果、横方向成長層112における水素濃度は、その上部に成長する下地層114等の他の窒化物半導体層と比べてさらに低下させることができる。これにより、活性層117の水素の拡散を効率良く抑制することができるので、半導体レーザ装置1の動作電圧を安定化することができる。 Furthermore, by using DMHy as the nitrogen source of the lateral growth layer 112, the hydrogen (H) concentration in the lateral growth region can be reduced. This is because an unstable methyl (CH 3 ) group can be liberated in the thermal decomposition process of DMHy, and this is stabilized as methane (CH 4 ), so that it can be efficiently combined with hydrogen on the surface. It is. As a result, the hydrogen concentration in the lateral growth layer 112 can be further reduced as compared with other nitride semiconductor layers such as the foundation layer 114 grown on the lateral growth layer 112. Thereby, since the diffusion of hydrogen in the active layer 117 can be efficiently suppressed, the operating voltage of the semiconductor laser device 1 can be stabilized.

次に、GaNの窒素原料を、ジメチルヒドラジン(DMHy)からアンモニア(NH3)に戻し、1100℃まで温度を上昇させ、III族原料であるTMGとn型のドーピング材料であるモノシラン(SiH4)を導入し、図4(f)に示すように、下地種結晶層111の凸部111aの上面及び横方向成長層112の上面に、膜厚が2μmのn−GaNからなるn型の下地層114結晶成長させる。このとき、下地層114は、c軸方向に成長する。 Next, the nitrogen raw material of GaN is returned from dimethylhydrazine (DMHy) to ammonia (NH 3 ), and the temperature is raised to 1100 ° C., so that the group III raw material TMG and the n-type doping material monosilane (SiH 4 ) 4 (f), an n-type underlayer made of n-GaN having a thickness of 2 μm is formed on the upper surface of the convex portion 111a of the underlayer seed crystal layer 111 and the upper surface of the lateral growth layer 112, as shown in FIG. 114 crystals are grown. At this time, the base layer 114 grows in the c-axis direction.

また、この場合、下地層114には、下地種結晶層111の凸部111aの直上と、隣り合う横方向成長層112a、211bが接合する接合領域113の直上とにおいて、転位が集中する。当該転位の方向は、下地種結晶層111の凸部111aの上面及び接合領域113の上面に垂直な方向となる。このように、下地種結晶層111の凸部111a上及び接合領域113上には、高い転位密度である領域が形成される。一方、下地種結晶層111の凸部111a及び接合領域113以外の横方向成長層112上には、低転位化された領域が形成される。   Further, in this case, dislocations concentrate in the base layer 114 immediately above the protrusions 111a of the base seed crystal layer 111 and immediately above the junction region 113 where the adjacent lateral growth layers 112a and 211b are joined. The direction of the dislocation is a direction perpendicular to the upper surface of the convex portion 111 a of the base seed crystal layer 111 and the upper surface of the bonding region 113. As described above, a region having a high dislocation density is formed on the convex portion 111 a and the bonding region 113 of the base seed crystal layer 111. On the other hand, a low-dislocation region is formed on the lateral growth layer 112 other than the convex portion 111 a of the base seed crystal layer 111 and the junction region 113.

次に、図4(g)に示すように、下地層114上に、窒化物半導体層からなる積層構造体の各層をMOCVD法により順次結晶成長を行うことにより積層構造体を形成する。   Next, as shown in FIG. 4G, a layered structure is formed on the base layer 114 by sequentially crystal-growing each layer of the layered structure made of a nitride semiconductor layer by MOCVD.

具体的には、下地層114上に、膜厚が1.5μmのn型Al0.05Ga0.95Nからなるn型クラッド層115を成長し、その後、膜厚が0.1μmのn型GaNからなるn型ガイド層116を成長する。その後、n型ガイド層116上に、膜厚が7.5nmのIn0.02Ga0.98Nからなるバリア層と膜厚が3nmのIn0.06Ga0.94Nからなる井戸層とからなる量子井戸構造を5周期分積層した活性層117を成長する。 Specifically, an n-type cladding layer 115 made of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of 1.5 μm is grown on the base layer 114, and then made of n-type GaN having a thickness of 0.1 μm. An n-type guide layer 116 is grown. Thereafter, a quantum well structure consisting of a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 7.5 nm and a well layer made of In 0.06 Ga 0.94 N having a thickness of 3 nm is formed on the n-type guide layer 116 for five periods. A split active layer 117 is grown.

次に、活性層117上に、膜厚が0.1μmのp型GaNからなるp型ガイド層118を成長する。その後、膜厚が10nmのAl0.20Ga0.80Nからなるキャリアオーバーフロー抑制層119を成長し、その後、膜厚が1.5nmのp型Al0.10Ga0.90Nと膜厚が1.5nmのp型GaNとを160周期分繰り返して積層し、歪超格子構造であるp型クラッド層120を成長する。その後、膜厚が0.05μmのp型GaNからなるp型コンタクト層122を成長する。 Next, a p-type guide layer 118 made of p-type GaN having a thickness of 0.1 μm is grown on the active layer 117. Thereafter, a carrier overflow suppression layer 119 made of Al 0.20 Ga 0.80 N having a thickness of 10 nm is grown, and then p-type Al 0.10 Ga 0.90 N having a thickness of 1.5 nm and p-type GaN having a thickness of 1.5 nm. Are repeated for 160 cycles to grow a p-type cladding layer 120 having a strained superlattice structure. Thereafter, a p-type contact layer 122 made of p-type GaN having a thickness of 0.05 μm is grown.

なお、上記のMOCVD法を用いた場合のIII族原料としては、Ga原料としてはトリメチルガリウム(TMG)を用い、Al原料としてはトリメチルアルミニウム(TMA)を用い、In原料としてはトリメチルインジウムを用いた。また、V族原料としてはアンモニア(NH3)を用いた。また、n型の不純物原料としてはSiを用い、その原料としてはモノシラン(SiH4)ガスを用い、p型の不純物原料としてはMgを用い、その原料としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。 In addition, as a III group material at the time of using said MOCVD method, trimethyl gallium (TMG) was used as Ga material, trimethyl aluminum (TMA) was used as Al material, and trimethyl indium was used as In material. . In addition, ammonia (NH 3 ) was used as the Group V raw material. Further, Si is used as the n-type impurity material, monosilane (SiH 4 ) gas is used as the material, Mg is used as the p-type impurity material, and biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 ) is used as the material. Mg) was used.

次に、同図4(g)に示すように、熱CVD法により、p型コンタクト層122の上に、膜厚が0.3μmで幅が1.5μmのm軸方向に平行なストライプ形状の酸化シリコン(SiO2)からなるマスクM11を選択的に形成する。当該酸化シリコンを形成する位置は、横方向成長層112の接合部分113aから横方向に向かって例えば約3μm以内の範囲で、かつ接合領域113の直上には位置しないようにm軸方向に形成する。 Next, as shown in FIG. 4G, a stripe shape parallel to the m-axis direction having a film thickness of 0.3 μm and a width of 1.5 μm is formed on the p-type contact layer 122 by thermal CVD. A mask M11 made of silicon oxide (SiO 2 ) is selectively formed. The silicon oxide is formed in the m-axis direction so as to be within a range of, for example, about 3 μm from the junction portion 113a of the lateral growth layer 112 in the lateral direction and not directly above the junction region 113. .

このように、転位が集中した領域を含む下地層114上に形成される層は、その下の層の結晶性を継承することになるので、下地層114の転位が集中した領域上の部分は転位が集中した領域となり、積層構造体に帯状の転位領域が形成される。   As described above, the layer formed on the base layer 114 including the region where the dislocations are concentrated inherits the crystallinity of the underlying layer. Therefore, the portion of the base layer 114 on the region where the dislocations are concentrated is A region where dislocations are concentrated is formed, and a band-like dislocation region is formed in the stacked structure.

次に、図4(h)に示すように、ICP法により上記酸化シリコンをマスクとして、p型クラッド層120の上部を例えば0.35μmの深さでエッチングを行うことにより、ストライプ状のリッジ部120aを形成する。その後、フッ化水素酸を用いて酸化シリコンのマスクM11を除去し、再度熱CVD法にて露出したp型クラッド層120の上に、リッジ部120aを含む全面に亘り、膜厚が200nmのSiO2からなる誘電体膜121を形成する。次に、リソグラフィ法によりリッジ部120aの上面にある誘電体膜121に対して、リッジ部120aのストライプ形状に沿って幅が1.3μmの開口部を有するレジストパターンを形成する。その後、三フッ化メタン(CHF3)ガスを用いた反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)により、レジストパターンをマスクとしてリッジ部120a上の誘電体膜121をエッチング除去し、リッジ部120aの上面からp型コンタクト層122を露出する。 Next, as shown in FIG. 4 (h), the upper part of the p-type cladding layer 120 is etched to a depth of, for example, 0.35 μm by the ICP method using the silicon oxide as a mask. 120a is formed. Thereafter, the silicon oxide mask M11 is removed using hydrofluoric acid, and the SiO 2 film having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface including the ridge portion 120a on the p-type cladding layer 120 exposed again by the thermal CVD method. A dielectric film 121 made of 2 is formed. Next, a resist pattern having an opening having a width of 1.3 μm is formed along the stripe shape of the ridge 120a on the dielectric film 121 on the upper surface of the ridge 120a by lithography. Thereafter, the reactive ion etching (RIE) using trifluoromethane (CHF 3 ) gas is used to etch away the dielectric film 121 on the ridge portion 120a using the resist pattern as a mask. The p-type contact layer 122 is exposed from the upper surface.

次に、蒸着法により少なくともリッジ部120aの上面から露出したp型コンタクト層122の上に、厚さが40nmのパラジウム(Pd)と厚さが35nmの白金(Pt)とからなる金属積層膜を形成する。その後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去し、同図4(h)に示すように、p側電極123をパターン形成する。   Next, a metal laminated film made of palladium (Pd) having a thickness of 40 nm and platinum (Pt) having a thickness of 35 nm is formed on at least the p-type contact layer 122 exposed from the upper surface of the ridge 120a by vapor deposition. Form. Thereafter, the resist pattern is removed by a lift-off method, and a p-side electrode 123 is formed as shown in FIG.

次に、リソグラフィ法とリフトオフ法により、リッジ部120aの上部のp側電極123を覆うように、且つ誘電体膜121の上に、リッジ部120aのストライプ方向と平行方向に幅が150μmの配線電極を選択的に形成する。配線電極は、それぞれの厚さが50nm、200nm、100nmのチタン(Ti)/白金(Pt)/金(Au)からなる積層金属膜により形成する。その後、電解メッキ法によりAu層の膜厚を10μm程度にまで増やしパッド電極を形成する。その後、隣同士のチップを分離するが、この際、パッド電極が隣接チップと連続して繋がっているとチップを分離した際に電極剥れが生じるので、パッド電極はチップごとに分離しておくことが好ましい。   Next, a wiring electrode having a width of 150 μm is formed on the dielectric film 121 so as to cover the p-side electrode 123 on the upper portion of the ridge portion 120a and in a direction parallel to the stripe direction of the ridge portion 120a by lithography and lift-off methods. Are selectively formed. The wiring electrode is formed of a laminated metal film made of titanium (Ti) / platinum (Pt) / gold (Au) having a thickness of 50 nm, 200 nm, or 100 nm. Thereafter, the thickness of the Au layer is increased to about 10 μm by electrolytic plating to form a pad electrode. Thereafter, adjacent chips are separated. At this time, if the pad electrode is continuously connected to the adjacent chip, electrode separation occurs when the chip is separated. Therefore, the pad electrode is separated for each chip. It is preferable.

次に、n側電極124の形成を行う。まず、パッド電極を形成した領域において熱CVD法によりSiO2からなるマスクを形成する。その後、リッジ部120aの近傍で且つリッジ部120aのストライプ方向に平行に、さらには、パッド電極のない領域において、開口部を有するレジストをリソグラフィ法とリフトオフ法により作製する。その後、ICP法により開口部における積層構造体を上部より約2.5μmの深さまでエッチングを行って下地層114を露出させる。その後、下地層114上にn側電極124を作成する。なお、n側電極124は、それぞれの厚さが5nm、10nm、1000nmのTi/Pt/Auからなる金属積層膜を成膜及びパターニングすることにより作製する。 Next, the n-side electrode 124 is formed. First, a mask made of SiO 2 is formed by a thermal CVD method in the region where the pad electrode is formed. Thereafter, a resist having an opening in the vicinity of the ridge portion 120a and in parallel with the stripe direction of the ridge portion 120a, and further in a region without the pad electrode, is formed by a lithography method and a lift-off method. Thereafter, the underlying structure 114 is exposed by etching the laminated structure at the opening to a depth of about 2.5 μm from above by ICP. Thereafter, the n-side electrode 124 is formed on the base layer 114. The n-side electrode 124 is manufactured by forming and patterning a metal laminated film made of Ti / Pt / Au having thicknesses of 5 nm, 10 nm, and 1000 nm, respectively.

その後、パッド電極上部のレジスト及び誘電体膜121を除去する。次に、基板110の裏面を研磨し、厚さが100μm程度になるまで基板110を薄膜化する。次に、m軸方向の長さが400μmになるように、m面方向に沿って基板の1次劈開を行う。その後、1次劈開された上記基板をa軸方向の長さが200μmとなるようにa面方向に沿って2次劈開してチップに分離する。   Thereafter, the resist and dielectric film 121 on the pad electrode are removed. Next, the back surface of the substrate 110 is polished, and the substrate 110 is thinned until the thickness becomes about 100 μm. Next, primary cleavage of the substrate is performed along the m-plane direction so that the length in the m-axis direction is 400 μm. Thereafter, the substrate that has been primarily cleaved is cleaved along the a-plane direction so that the length in the a-axis direction becomes 200 μm and separated into chips.

以上により、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1を製造することができる。   As described above, the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention can be manufactured.

次に、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1の実施例について、図5を用いて説明する。図5(a)は、図4(f)に対応し、基板110上に下地種結晶層111及び横方向成長層112を形成し、その上に下地層114を形成した状態を示す下地基板の模式図である。また、図5(b)は、図5(a)に示す下地基板を作製し、当該下地基板をm軸方向から観察した断面TEM像である。また、図5(c)は、図5(b)の下地基板を上面から観察したカソードルミネッセンス像(CL像)である。本実施例の実験において、ストライプ状の開口部の幅は20μmとしたが、当該開口部の幅は、マスク膜M10のパターンによって自由に変えることができ、異なる開口部の幅においても同等の結果が得られる。なお、本実施例では、図4で説明した方法によって、基板110上に膜厚が1.5μmの下地層114を形成した。   Next, an example of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5A corresponds to FIG. 4F, and shows a state of the base substrate in which the base seed crystal layer 111 and the lateral growth layer 112 are formed on the substrate 110 and the base layer 114 is formed thereon. It is a schematic diagram. FIG. 5B is a cross-sectional TEM image in which the base substrate shown in FIG. 5A is manufactured and the base substrate is observed from the m-axis direction. FIG. 5C is a cathode luminescence image (CL image) obtained by observing the base substrate of FIG. 5B from the upper surface. In the experiment of the present embodiment, the width of the stripe-shaped opening is 20 μm, but the width of the opening can be freely changed according to the pattern of the mask film M10, and the same result is obtained even in the width of different openings. Is obtained. In this embodiment, the base layer 114 having a thickness of 1.5 μm is formed on the substrate 110 by the method described with reference to FIG.

図5(b)に示すように、下地種結晶層111の転位の向きは、(0001)面方向に向いて伸びていることが分かる。これに対して、DMHyにより成長した横方向成長層112は横方向にのみ成長し、下地種結晶層111の凸部側面との界面における転位は全て横方向(基板主面に対して平行な方向)である(11−20)方向に曲げられていることが分かる。   As shown in FIG. 5B, it can be seen that the dislocation direction of the base seed crystal layer 111 extends in the (0001) plane direction. On the other hand, the lateral growth layer 112 grown by DMHy grows only in the lateral direction, and all dislocations at the interface with the convex side surface of the base seed crystal layer 111 are lateral (direction parallel to the substrate main surface). It can be seen that it is bent in the (11-20) direction.

さらに、同図5(b)に示すように、下地層114における転位は、下地種結晶層111の凸部111aの直上に集中していることが分かる。また、横方向成長層112の直上部分における下地層114の転位は、低転位化された領域となっていることが分かる。   Further, as shown in FIG. 5B, it can be seen that the dislocations in the base layer 114 are concentrated immediately above the convex portions 111 a of the base seed crystal layer 111. It can also be seen that the dislocations of the underlying layer 114 in the portion immediately above the laterally grown layer 112 are regions with a low dislocation.

また、図5(c)に示すように、下地種結晶層111の凸部111aの直上領域111bと、隣り合う横方向成長層112a、112b同士が合体した接合領域113とには、転位が帯状に集中して暗点として点在し、転位が制御されていることが分かる。また、下地種結晶層111における凸部111aの直上領域111bと接合領域113との間の領域には転位が集中しておらず、低転位化された領域が形成されていることが分かる。   Further, as shown in FIG. 5C, dislocations are band-like in the region 111b immediately above the convex portion 111a of the base seed crystal layer 111 and the junction region 113 in which the adjacent lateral growth layers 112a and 112b are combined. It can be seen that the dislocations are controlled by being concentrated as dark spots. It can also be seen that dislocations are not concentrated in the region between the region 111b immediately above the convex portion 111a and the junction region 113 in the base seed crystal layer 111, and a region with reduced dislocations is formed.

このように、本実施形態に係る転位制御技術を用いることにより、転位を帯状に集中させたり、低転位化領域を形成したり、転位の配置を自由に制御することができる。   As described above, by using the dislocation control technique according to this embodiment, dislocations can be concentrated in a band shape, a low dislocation region can be formed, and the dislocation arrangement can be freely controlled.

以上、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1によれば、光導波路内において電流拡散長と光分布の違いを利用し、転位を所望に配置することにより、可飽和吸収量を増大させることができる。そして、帯状の転位領域を光導波路内で、かつ、電流拡散しない領域に配置することにより、容易に光吸収量のみを増大することができ、安定した自励発振動作をする自励発振型の半導体レーザ装置を実現することができる。この結果、戻り光ノイズ低減やスペックルノイズの低減を実現することができる。また、従来使用していた高価なGaN基板ではなく低コストで大面積であるサファイア基板を用いることで、半導体レーザ装置の低コスト化が可能である。   As described above, according to the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention, by utilizing the difference between the current diffusion length and the light distribution in the optical waveguide and disposing the dislocations as desired, the saturable absorption amount can be reduced. Can be increased. By disposing the band-shaped dislocation region in the optical waveguide and in the region where current is not diffused, only the amount of light absorption can be easily increased, and a self-oscillation type that performs stable self-oscillation operation. A semiconductor laser device can be realized. As a result, it is possible to reduce the return light noise and the speckle noise. In addition, the cost of the semiconductor laser device can be reduced by using a sapphire substrate having a large area at a low cost instead of an expensive GaN substrate conventionally used.

なお、本実施形態において、基板110としてはサファイア基板を用いたが、これに限らない。例えば、低コストなSiC基板やSi基板であっても同様のプロセスで同様の効果を奏する半導体レーザ装置を製造することができ、これらの基板を用いることにより更なる大面積化による低コスト化が可能である。   In the present embodiment, a sapphire substrate is used as the substrate 110, but is not limited thereto. For example, even if it is a low-cost SiC substrate or a Si substrate, a semiconductor laser device having the same effect can be manufactured by the same process. By using these substrates, the cost can be reduced by further increasing the area. Is possible.

また、本実施形態において、活性層117、n型ガイド層116及びp型ガイド層118としては、光ディスク用光源に適するように、それぞれ、In0.02Ga0.98Nからなるバリア層とIn0.06Ga0.94Nからなる井戸層との多重量子井戸構造の活性層、n型GaN及びp型GaNとし、また、発光波長を405nm付近のものとしたが、これに限らない。例えば、本実施形態に係る半導体レーザ装置は、ディスプレイ用の半導体レーザ装置として用いることができる。ディスプレイ用の半導体レーザ装置は、発光波長が青色(波長450nm)から緑色(波長530nm)であることが好ましく、この発光波長を実現するためには、活性層117の井戸層としては、In組成が10%〜20%、もしくはそれ以上の組成であるInGaN層とすることが好ましい。また、n型ガイド層116及び/又はp型ガイド層118としては、光閉じ込めを大きくするために、それぞれ、n型又はp型のInGaN層とすることが好ましい。 In the present embodiment, as the active layer 117, the n-type guide layer 116, and the p-type guide layer 118, a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N and In 0.06 Ga 0.94 N are used so as to be suitable for an optical disk light source. An active layer having a multiple quantum well structure with a well layer made of, n-type GaN and p-type GaN, and an emission wavelength of around 405 nm are not limited thereto. For example, the semiconductor laser device according to this embodiment can be used as a semiconductor laser device for display. In the semiconductor laser device for display, the emission wavelength is preferably blue (wavelength 450 nm) to green (wavelength 530 nm). In order to realize this emission wavelength, the well layer of the active layer 117 has an In composition. An InGaN layer having a composition of 10% to 20% or more is preferable. The n-type guide layer 116 and / or the p-type guide layer 118 are preferably n-type or p-type InGaN layers, respectively, in order to increase optical confinement.

また、下地層114としては、n型のGaN以外にも、n型AlGaN層、n型AlGaNもしくはAlN/GaN超格子成長層を用いてもよい。   In addition to the n-type GaN, the underlayer 114 may be an n-type AlGaN layer, an n-type AlGaN, or an AlN / GaN superlattice growth layer.

また、本実施形態においては、キャリアオーバーフロー抑制層119は、p型ガイド層118の上に形成されるとしたが、活性層117の上にキャリアオーバーフロー抑制層を形成し、さらにその上にp型ガイド層を形成するという構成にしてもよい。   In the present embodiment, the carrier overflow suppression layer 119 is formed on the p-type guide layer 118. However, a carrier overflow suppression layer is formed on the active layer 117, and the p-type is further formed thereon. You may make it the structure of forming a guide layer.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2について、図6を用いて説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a semiconductor laser device 2 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention.

本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2は、第1の実施形態と同様に、自励発振型の半導体レーザ装置である。本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2と本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1とが異なる点は、下地基板の構造である。それ以外の構成要素は、基本的には同じである。   The semiconductor laser device 2 according to the second embodiment of the present invention is a self-excited oscillation type semiconductor laser device, as in the first embodiment. The semiconductor laser device 2 according to the second embodiment of the present invention differs from the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention in the structure of the base substrate. Other components are basically the same.

図6に示すように、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2は、基板210と、基板210上に形成された下地種結晶層211及び選択成長用誘電体膜225と、横方向成長層212と、n型の下地層214とを備える。   As shown in FIG. 6, the semiconductor laser device 2 according to the second embodiment of the present invention includes a substrate 210, a base seed crystal layer 211 and a selective growth dielectric film 225 formed on the substrate 210, A direction growth layer 212 and an n-type underlayer 214 are provided.

基板210は、例えば、主面の面方位が(001)面であるサファイア基板を用いることができる。   As the substrate 210, for example, a sapphire substrate whose principal surface has a (001) plane orientation can be used.

下地種結晶層211は、ストライプ状の複数の凹部が形成された凹凸構造を有するGaN(窒化ガリウム)等からなる窒化物半導体層である。下地種結晶層211は、複数の凹部が形成されることにより構成される複数の凸部211aを備える。   The base seed crystal layer 211 is a nitride semiconductor layer made of GaN (gallium nitride) or the like having a concavo-convex structure in which a plurality of stripe-shaped concave portions are formed. The base seed crystal layer 211 includes a plurality of convex portions 211a configured by forming a plurality of concave portions.

選択成長用誘電体膜225は、横方向成長層212の成長方向を選択するための選択成長用膜であり、下地種結晶層211の凹部を埋めるようにして形成されている。本実施形態では、選択成長用誘電体膜225として、SiO2からなる誘電体膜を用いた。 The selective growth dielectric film 225 is a selective growth film for selecting the growth direction of the lateral growth layer 212 and is formed so as to fill the concave portion of the base seed crystal layer 211. In this embodiment, a dielectric film made of SiO 2 is used as the selective growth dielectric film 225.

横方向成長層212は、下地種結晶層211及び選択成長用誘電体膜225上の全面に形成されたGaN等からなる窒化物半導体層である。横方向成長層212は、選択成長用誘電体膜225によって、下地種結晶層211の凸部211aの上面から成長が開始し、横方向(基板主面と略平行な方向)に結晶成長させたものである。横方向成長層212は、隣り合う凸部211aから成長した横方向成長層212a、212b同士が接合して一体化して形成される。隣り合う横方向成長層212aと横方向成長層212bとが合体した部分は接合部分213aであり、接合部分213aを含む周辺領域は接合領域213である。接合領域213は、接合領域213上に形成される層の転位を集中させることができる転位集中可領域として機能し、接合領域213上に形成される層は転位が集中して転位密度が大きくなる。また、下地結晶層211の凸部211aの上に形成される層も転位が集中して転位密度が大きくなる。本実施形態において、横方向成長層212は、下地種結晶層211及び選択成長用誘電体膜225とともに、転位集中可領域を有する転位制御層として機能する。   The lateral growth layer 212 is a nitride semiconductor layer made of GaN or the like formed on the entire surface of the base seed crystal layer 211 and the selective growth dielectric film 225. The lateral growth layer 212 is grown from the upper surface of the convex portion 211a of the base seed crystal layer 211 by the selective growth dielectric film 225, and is grown in the lateral direction (direction substantially parallel to the substrate main surface). Is. The lateral growth layer 212 is formed by joining and integrating the lateral growth layers 212a and 212b grown from adjacent convex portions 211a. A portion where the adjacent lateral growth layer 212a and lateral growth layer 212b are combined is a joint portion 213a, and a peripheral region including the joint portion 213a is a joint region 213. The junction region 213 functions as a dislocation concentration capable region in which dislocations of the layer formed on the junction region 213 can be concentrated, and the layer formed on the junction region 213 concentrates dislocations and increases the dislocation density. . Further, dislocations are concentrated in the layer formed on the convex portion 211a of the base crystal layer 211, and the dislocation density is increased. In the present embodiment, the lateral growth layer 212 functions as a dislocation control layer having a dislocation concentration region together with the base seed crystal layer 211 and the selective growth dielectric film 225.

下地層214は、横方向成長層212の上の全面に形成されたn型の窒化物半導体層である。本実施形態において、下地層214は、不純物としてSi(シリコン)をドープしたn型のGaNで構成した。   The underlayer 214 is an n-type nitride semiconductor layer formed on the entire surface of the lateral growth layer 212. In the present embodiment, the base layer 214 is composed of n-type GaN doped with Si (silicon) as an impurity.

さらに、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2は、図6に示すように、下地層214の上に、n型クラッド層215、n型ガイド層216、活性層217、p型ガイド層218、キャリアオーバーフロー抑制層219及びp型クラッド層220が順次積層されている。これらの層は、窒化物半導体からなる積層構造体である。下地層214、n型クラッド層215、n型ガイド層216、活性層217、p型ガイド層218、キャリアオーバーフロー抑制層219及びp型クラッド層220の各層は、第1の実施形態における、下地層114、n型クラッド層115、n型ガイド層116、活性層117、p型ガイド層118、キャリアオーバーフロー抑制層119及びp型クラッド層120と同様にして構成することができる。   Further, as shown in FIG. 6, the semiconductor laser device 2 according to the second embodiment of the present invention has an n-type cladding layer 215, an n-type guide layer 216, an active layer 217, a p-type on the base layer 214. A guide layer 218, a carrier overflow suppression layer 219, and a p-type cladding layer 220 are sequentially stacked. These layers are a laminated structure made of a nitride semiconductor. Each layer of the underlayer 214, the n-type cladding layer 215, the n-type guide layer 216, the active layer 217, the p-type guide layer 218, the carrier overflow suppression layer 219, and the p-type cladding layer 220 is the underlayer in the first embodiment. 114, the n-type cladding layer 115, the n-type guide layer 116, the active layer 117, the p-type guide layer 118, the carrier overflow suppression layer 119, and the p-type cladding layer 120.

p型クラッド層220は、上面視ストライプ形状で断面凸形状のリッジ部220aを有し、このリッジ部220a上には、p型コンタクト層222とp側電極223(第2電極)が形成されている。これにより、p側電極223はp型コンタクト層222と電気的に接続されている。   The p-type cladding layer 220 has a ridge portion 220a having a stripe shape in a top view and a convex section, and a p-type contact layer 222 and a p-side electrode 223 (second electrode) are formed on the ridge portion 220a. Yes. As a result, the p-side electrode 223 is electrically connected to the p-type contact layer 222.

また、p型クラッド層220のリッジ部220aが形成されていない領域上には誘電体膜221が形成されている。また、積層構造体が除去された開口部には下地層214が露出されており、下地層214の上には、n側電極224(第1電極)が形成されている。n側電極224は、下地層214を介してn型クラッド層215と電気的に接続されている。   A dielectric film 221 is formed on the region of the p-type cladding layer 220 where the ridge 220a is not formed. In addition, the base layer 214 is exposed in the opening from which the stacked structure is removed, and an n-side electrode 224 (first electrode) is formed on the base layer 214. The n-side electrode 224 is electrically connected to the n-type cladding layer 215 through the base layer 214.

p型コンタクト層222及びp側電極223が形成されているリッジ部220aは活性層217に電流を注入するための領域であり、p側電極223及びリッジ部220aの下方領域とその周辺領域は電流注入領域230である。   The ridge portion 220a in which the p-type contact layer 222 and the p-side electrode 223 are formed is a region for injecting current into the active layer 217, and the region below the p-side electrode 223 and the ridge portion 220a and its peripheral region are currents. This is an implantation region 230.

なお、誘電体膜221、p型コンタクト層222、p側電極223及びn側電極224は、第1の実施形態における、誘電体膜121、p型コンタクト層122、p側電極123及びn側電極124と同様にして構成することができる。   The dielectric film 221, the p-type contact layer 222, the p-side electrode 223, and the n-side electrode 224 are the dielectric film 121, the p-type contact layer 122, the p-side electrode 123, and the n-side electrode in the first embodiment. It can be configured in the same manner as 124.

本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2では、上述のとおり、下地種結晶層211の凹部に選択成長用誘電体膜225が形成されており、表面が下地種結晶層211の凸部211aの上面と選択成長用誘電体膜225とで構成される下地基板を用いる。これにより、この上に形成される横方向成長層212は、下地種結晶層211の隣り合う凸部211aの上面から成長した横方向成長層212a、212bが接合して形成される。そして、接合領域213上に形成される積層構造体には、誘電体膜221から接合領域213にかけて帯状の転位領域241が形成されている。つまり、横方向成長層212における接合領域213上に成長する層は、接合領域213の接合部分213aによって転位が集中するようにして形成される。   In the semiconductor laser device 2 according to the second embodiment of the present invention, as described above, the selective growth dielectric film 225 is formed in the recess of the base seed crystal layer 211, and the surface is convex of the base seed crystal layer 211. A base substrate composed of the upper surface of the portion 211a and the selective growth dielectric film 225 is used. As a result, the laterally grown layer 212 formed thereon is formed by joining the laterally grown layers 212a and 212b grown from the upper surface of the adjacent convex portion 211a of the base seed crystal layer 211. In the stacked structure formed on the junction region 213, a band-shaped dislocation region 241 is formed from the dielectric film 221 to the junction region 213. That is, a layer that grows on the junction region 213 in the lateral growth layer 212 is formed such that dislocations are concentrated by the junction portion 213a of the junction region 213.

一方、接合領域213が形成されていない横方向成長層212であって選択成長用誘電体膜225上に成長する層は転位が集中せずに形成され、この部分の上には低転位化された領域が形成される。   On the other hand, the laterally grown layer 212 in which the junction region 213 is not formed and grown on the selective growth dielectric film 225 is formed without concentration of dislocations, and the dislocations are lowered on this portion. Areas are formed.

また、下地種結晶層211の凸部211a上に形成される横方向成長層212とその上の下地層214にも転位が集中した領域が形成されており、帯状の転位領域251が下地種結晶層211の凸部211a上における横方向成長層212と下地層214に形成されている。   In addition, a region where dislocations are concentrated is formed also in the lateral growth layer 212 formed on the convex portion 211a of the base seed crystal layer 211 and the base layer 214 thereabove, and the band-like dislocation region 251 is the base seed crystal. A laterally grown layer 212 and an underlayer 214 are formed on the convex portion 211 a of the layer 211.

このように本実施形態に係る半導体レーザ装置2においても、第1の実施形態と同様に、転位密度が他の部分よりも大きい帯状の転位領域241が形成される。また、第1の実施形態と同様に、本実施形態に係る半導体レーザ装置2においても、電流注入領域230内の転位密度、特に、活性層注入領域における転位密度を第1の転位密度aとし、電流注入領域230の近傍領域内の転位密度、特に、活性層非電流注入領域における帯状の転位領域241の転位密度を第2の転位密度bとすると、第1の転位密度aと第2の転位密度bの関係はa<bとなっており、第2の転位密度は第1の転位密度よりも大きい関係としている。   As described above, also in the semiconductor laser device 2 according to the present embodiment, as in the first embodiment, the band-shaped dislocation region 241 having a dislocation density larger than that of other portions is formed. Similarly to the first embodiment, in the semiconductor laser device 2 according to the present embodiment, the dislocation density in the current injection region 230, in particular, the dislocation density in the active layer injection region is the first dislocation density a, If the dislocation density in the region near the current injection region 230, particularly the dislocation density in the band-shaped dislocation region 241 in the non-current injection region of the active layer is the second dislocation density b, the first dislocation density a and the second dislocation. The relationship of density b is a <b, and the second dislocation density is larger than the first dislocation density.

従って、本実施形態に係る半導体レーザ装置2においても、上述した本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1と同様の作用効果を奏する。   Therefore, the semiconductor laser device 2 according to the present embodiment also exhibits the same operational effects as those of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention described above.

なお、本実施形態では、第1の実施形態と異なり、リッジ部220aの近傍の一方のみに転位領域241を形成したが、この限りではない。第1の実施形態と同様に、リッジ部220aの両側に転位領域を配置するように構成してもよい。   In this embodiment, unlike the first embodiment, the dislocation region 241 is formed only in one of the vicinity of the ridge portion 220a, but this is not restrictive. Similar to the first embodiment, dislocation regions may be arranged on both sides of the ridge 220a.

次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2の製造方法について、図7を用いて説明する。図7は、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における各工程の断面図である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device 2 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of each step in the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention.

まず、図7(a)に示すように、基板主面の面方位が(001)面であるサファイア基板からなる基板210の主面上に、膜厚が3.0μmのGaNからなる下地種結晶層211を形成する。なお、下地種結晶層211の結晶成長は、MOCVD法により行った。より具体的には、第1の実施形態と同様に、Ga及びNの各原料として、それぞれTMG及びNH3を用いた。また、成長温度は約1000℃で行った。 First, as shown in FIG. 7A, an underlying seed crystal made of GaN having a film thickness of 3.0 μm is formed on a main surface of a substrate 210 made of a sapphire substrate whose plane orientation is (001). Layer 211 is formed. Note that the crystal growth of the base seed crystal layer 211 was performed by the MOCVD method. More specifically, as in the first embodiment, TMG and NH 3 were used as raw materials for Ga and N, respectively. The growth temperature was about 1000 ° C.

その後、下地種結晶層211上に、原料にシラン(SiH4)を用いたTCVD法により、膜厚が600nmの酸化シリコン(SiO2)を成膜する。 Thereafter, silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of 600 nm is formed on the base seed crystal layer 211 by TCVD using silane (SiH 4 ) as a raw material.

その後、リソグラフィ法及びエッチング法により、酸化シリコンをパターニングすることにより、図7(b)に示すように、m軸に平行でa軸方向に3μmの幅を有するストライプ状のマスク膜M20を複数形成する。なお、隣接するマスク膜M20の間には、m軸に平行でa軸方向に例えば2〜10μmの幅を有するストライプ状の開口部が形成される。すなわち、開口部には、酸化シリコンが形成されておらず、下地種結晶層211のGaNが露出している。   Thereafter, silicon oxide is patterned by lithography and etching, thereby forming a plurality of stripe-shaped mask films M20 having a width of 3 μm parallel to the m-axis and 3 μm in the a-axis direction, as shown in FIG. 7B. To do. A stripe-shaped opening having a width of, for example, 2 to 10 μm in the a-axis direction is formed between the adjacent mask films M20. That is, no silicon oxide is formed in the opening, and the GaN of the seed crystal layer 211 is exposed.

次に、図7(c)に示すように、エッチングガスである四フッ化炭素(CF4)を用いたICPエッチング装置によりエッチングすることにより、マスク膜M20の複数の開口部を通して下地種結晶層211に深さが例えば1.8μmの凹部を複数個形成する。これにより、下地種結晶層211に複数の凸部211aを形成することができる。 Next, as shown in FIG. 7C, by etching with an ICP etching apparatus using carbon tetrafluoride (CF 4 ) as an etching gas, the underlying seed crystal layer is passed through a plurality of openings of the mask film M20. A plurality of recesses having a depth of, for example, 1.8 μm are formed in 211. Thereby, a plurality of convex portions 211 a can be formed in the base seed crystal layer 211.

その後、フッ化水素酸(HF)を用いてマスク膜M20を除去することにより、図7(d)に示すように、凹凸構造の下地種結晶層211が形成された下地基板を形成することができる。なお、下地種結晶層211の凹部(凸部)は、m軸方向に延びるストライプ形状である。   Thereafter, by removing the mask film M20 using hydrofluoric acid (HF), as shown in FIG. 7D, a base substrate on which the base seed crystal layer 211 having a concavo-convex structure is formed can be formed. it can. In addition, the recessed part (convex part) of the base seed crystal layer 211 has a stripe shape extending in the m-axis direction.

次に、熱CVD法によって下地種結晶層211の凹凸構造の表面にSiO2を成膜し、その後、SiO2をリソグラフィ法及びエッチング法によってパターニングする。これにより、図7(e)に示すように、下地種結晶層211の凹部に埋め込まれるようにして形成されたSiO2からなる選択成長用誘電体膜225を得ることができる。このとき、下地種結晶層211の凸部211aの上にはSiO2が形成されておらず、凸部211aの上面は露出している。 Next, SiO 2 is formed on the surface of the concavo-convex structure of the base seed crystal layer 211 by a thermal CVD method, and then the SiO 2 is patterned by a lithography method and an etching method. As a result, as shown in FIG. 7E, a selective growth dielectric film 225 made of SiO 2 formed so as to be embedded in the concave portion of the base seed crystal layer 211 can be obtained. At this time, SiO 2 is not formed on the convex portion 211a of the base seed crystal layer 211, and the upper surface of the convex portion 211a is exposed.

次に、このようにして形成された下地基板を用いて、MOCVD法によりGaNの結晶成長を行う。この場合、下地基板をMOCVD装置反応炉に入れ、N2ガス及びGaN結晶の窒素原料であるアンモニアガス雰囲気中にて1100℃までの昇温を実施する。その後、III族原料であるTMGを流しGaNからなる結晶を成長させる。 Next, using the base substrate thus formed, GaN crystal growth is performed by MOCVD. In this case, the base substrate is put into a MOCVD apparatus reactor, and the temperature is raised to 1100 ° C. in an ammonia gas atmosphere which is a nitrogen raw material of N 2 gas and GaN crystal. Thereafter, TMG which is a group III raw material is flown to grow a crystal made of GaN.

このとき、下地種結晶層211の凸部211aの上面は(0001)面であり、GaNは凸部211aの上面から選択的に結晶成長を開始する。そして、エピ条件である成長速度、V族流量、V族原料モル濃度とIII族原料のモル濃度比であるV/III比を調整することにより、基板主面方向である(0001)面方向の成長速度と横方向(基板主面に対して平行な方向)である(11−20)面方向の成長速度とをコントロールする。これにより、(11−20)面方向の成長を促進させ、隣り合う横方向成長層212a、212b同士が接するまで成長させる。これにより、図7(f)に示すように、隣り合う横方向成長層212a、212b同士が接合して接合部分213aとなり、接合領域213を有する横方向成長層212を形成することができる。   At this time, the upper surface of the convex portion 211a of the base seed crystal layer 211 is the (0001) plane, and GaN starts crystal growth selectively from the upper surface of the convex portion 211a. Then, by adjusting the growth rate, the group V flow rate, and the V / III ratio, which is the molar concentration ratio of the group V raw material and the group III raw material, which are the epi conditions, The growth rate and the growth rate in the (11-20) plane direction which is the lateral direction (the direction parallel to the main surface of the substrate) are controlled. Thereby, the growth in the (11-20) plane direction is promoted, and the growth is performed until the adjacent lateral growth layers 212a and 212b are in contact with each other. As a result, as shown in FIG. 7F, the adjacent lateral growth layers 212a and 212b are joined together to form a joint portion 213a, and the lateral growth layer 212 having the joint region 213 can be formed.

次に、成長温度はそのまま維持し、エピ条件である成長速度を大きくし、V族流量を小さくし、V族原料モル濃度とIII族原料のモル濃度比であるV/III比を低下させて調整することにより、基板主面方向である(0001)面方向にGaNの成長が促進する条件に変更する。そして、III族原料であるTMGとn型ドーピング材料であるモノシラン(SiH4)を導入し、図7(g)に示すように、膜厚が2μmのn−GaNからなるn型の下地層214を結晶成長させる。 Next, the growth temperature is maintained as it is, the growth rate which is an epi condition is increased, the V group flow rate is decreased, and the V / III ratio which is the molar concentration ratio of the V group raw material and the III group raw material is decreased. By adjusting, it is changed to the condition that the growth of GaN is promoted in the (0001) plane direction which is the substrate main surface direction. Then, TMG as a group III material and monosilane (SiH 4 ) as an n-type doping material are introduced, and as shown in FIG. 7G, an n-type underlayer 214 made of n-GaN having a thickness of 2 μm. Crystal growth.

この場合、下地層214には、下地種結晶層211の凸部211aの直上と、隣り合う横方向成長層212a、212bが接合する接合領域213の直上とにおいて、転位が集中する。当該転位の方向は、下地種結晶層211の凸部211a上面及び接合領域213の上面に垂直な方向となる。このように、下地種結晶層211の凸部211a上及び接合領域213上には、高い転位密度である領域が形成される。一方、下地種結晶層211の凸部211a及び接合領域213以外の横方向成長層212上には、低転位化された領域が形成される。なお、下地層214は、基板210上の全面に形成される。   In this case, dislocations concentrate on the base layer 214 immediately above the protrusions 211a of the base seed crystal layer 211 and immediately above the junction region 213 where the adjacent lateral growth layers 212a and 212b are joined. The direction of the dislocation is a direction perpendicular to the upper surface of the convex portion 211 a of the base seed crystal layer 211 and the upper surface of the bonding region 213. As described above, a region having a high dislocation density is formed on the convex portion 211 a and the junction region 213 of the base seed crystal layer 211. On the other hand, a low-dislocation region is formed on the lateral growth layer 212 other than the convex portion 211 a and the junction region 213 of the base seed crystal layer 211. Note that the base layer 214 is formed on the entire surface of the substrate 210.

次に、図7(h)に示すように、下地層214上に、窒化物半導体層からなる積層構造体の各層をMOCVD法により順次結晶成長を行うことにより積層構造体を形成する。   Next, as shown in FIG. 7 (h), the stacked structure is formed on the base layer 214 by sequentially crystal-growing each layer of the stacked structure made of nitride semiconductor layers by MOCVD.

具体的には、下地層214上に、膜厚が1.5μmのn型Al0.05Ga0.95Nからなるn型クラッド層215を成長し、その後、膜厚が0.1μmのn型GaNからなるn型ガイド層216を成長する。その後、n型ガイド層216上に、膜厚が7.5nmのIn0.02Ga0.98Nからなるバリア層と膜厚が3nmのIn0.06Ga0.94Nからなる井戸層とからなる量子井戸構造を5周期分積層した活性層217を成長する。 Specifically, an n-type cladding layer 215 made of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of 1.5 μm is grown on the base layer 214, and then made of n-type GaN having a thickness of 0.1 μm. An n-type guide layer 216 is grown. Thereafter, a quantum well structure composed of a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 7.5 nm and a well layer made of In 0.06 Ga 0.94 N having a thickness of 3 nm is formed on the n-type guide layer 216 for five periods. A split active layer 217 is grown.

次に、活性層217上に、膜厚が0.1μmのp型GaNからなるp型ガイド層218を成長する。その後、膜厚が10nmのAl0.20Ga0.80Nからなるキャリアオーバーフロー抑制層219を成長し、その後、膜厚が1.5nmのp型Al0.10Ga0.90Nと膜厚が1.5nmのp型GaNとを160周期分繰り返して積層し、歪超格子構造であるp型クラッド層220を成長する。その後、膜厚が0.05μmのp型GaNからなるp型コンタクト層222を成長する。 Next, a p-type guide layer 218 made of p-type GaN having a thickness of 0.1 μm is grown on the active layer 217. Thereafter, a carrier overflow suppression layer 219 made of Al 0.20 Ga 0.80 N having a thickness of 10 nm is grown, and then p-type Al 0.10 Ga 0.90 N having a thickness of 1.5 nm and p-type GaN having a thickness of 1.5 nm. Are repeated for 160 periods to grow a p-type cladding layer 220 having a strained superlattice structure. Thereafter, a p-type contact layer 222 made of p-type GaN having a thickness of 0.05 μm is grown.

なお、上記のMOCVD法を用いた場合のIII族原料としては、Ga原料としてはトリメチルガリウム(TMG)を用い、Al原料としてはトリメチルアルミニウム(TMA)を用い、In原料としてはトリメチルインジウムを用いた。また、V族原料としてはアンモニア(NH3)を用いた。また、n型の不純物原料としてはSiを用い、その原料としてはモノシラン(SiH4)ガスを用い、p型の不純物原料としてはMgを用い、その原料としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。 In addition, as a III group material at the time of using said MOCVD method, trimethyl gallium (TMG) was used as Ga material, trimethyl aluminum (TMA) was used as Al material, and trimethyl indium was used as In material. . In addition, ammonia (NH 3 ) was used as the Group V raw material. Further, Si is used as the n-type impurity material, monosilane (SiH 4 ) gas is used as the material, Mg is used as the p-type impurity material, and biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 ) is used as the material. Mg) was used.

次に、同7(h)に示すように、熱CVD法により、p型コンタクト層222の上に、膜厚が0.3μmで幅が1.5μmのm軸方向に平行なストライプ形状の酸化シリコン(SiO2)からなるマスクM21を選択的に形成する。当該酸化シリコンを形成する位置は、横方向成長層212の接合部分213aから横方向に向かって約5μm以内の範囲で、かつ接合領域213の直上には位置しないようにm軸方向に形成する。 Next, as shown in FIG. 7 (h), stripe-shaped oxidation parallel to the m-axis direction having a film thickness of 0.3 μm and a width of 1.5 μm is formed on the p-type contact layer 222 by thermal CVD. A mask M21 made of silicon (SiO 2 ) is selectively formed. The silicon oxide is formed in the m-axis direction so as not to be positioned immediately above the bonding region 213 within a range within about 5 μm from the bonding portion 213a of the lateral growth layer 212 in the horizontal direction.

このように、転位が集中した領域を含む下地層214上に形成される層は、その下の層の結晶性を継承することになるので、下地層214の転位が集中した領域上の部分は転位が集中した領域となり、積層構造体に帯状の転位領域が形成される。   As described above, the layer formed on the base layer 214 including the region where the dislocations are concentrated inherits the crystallinity of the underlying layer. A region where dislocations are concentrated is formed, and a band-like dislocation region is formed in the stacked structure.

次に、図7(i)に示すように、ICP法により上記酸化シリコンをマスクとして、p型クラッド層220の上部を0.35μmの深さでエッチングを行うことにより、ストライプ状のリッジ部220aを形成する。その後、フッ化水素酸を用いて酸化シリコンのマスクM21を除去し、再度熱CVD法にて露出したp型クラッド層220の上に、リッジ部220aを含む全面に亘り、膜厚が200nmのSiO2からなる誘電体膜221を形成する。次に、リソグラフィ法によりリッジ部220aの上面にある誘電体膜221に対して、リッジ部220aのストライプ形状に沿って幅が1.3μmの開口部を有するレジストパターンを形成する。その後、三フッ化メタン(CHF3)ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)により、レジストパターンをマスクとして、リッジ部220a上の誘電体膜221をエッチング除去し、リッジ部220aの上面からp型コンタクト層222を露出する。 Next, as shown in FIG. 7 (i), the upper part of the p-type cladding layer 220 is etched to a depth of 0.35 μm by the ICP method using the silicon oxide as a mask, thereby forming a striped ridge portion 220a. Form. Thereafter, the silicon oxide mask M21 is removed using hydrofluoric acid, and the SiO 2 film having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface including the ridge 220a on the p-type cladding layer 220 exposed again by the thermal CVD method. A dielectric film 221 made of 2 is formed. Next, a resist pattern having an opening having a width of 1.3 μm is formed along the stripe shape of the ridge 220a on the dielectric film 221 on the upper surface of the ridge 220a by lithography. Thereafter, the dielectric film 221 on the ridge 220a is etched away by reactive ion etching (RIE) using trifluoromethane (CHF 3 ) gas using the resist pattern as a mask. The mold contact layer 222 is exposed.

次に、蒸着法により少なくともリッジ部220aの上面から露出したp型コンタクト層222の上に、厚さが40nmのパラジウム(Pd)と厚さが35nmの白金(Pt)とからなる金属積層膜を形成する。その後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去し、同図7(i)に示すように、p側電極223をパターン形成する。   Next, a metal laminated film made of palladium (Pd) having a thickness of 40 nm and platinum (Pt) having a thickness of 35 nm is formed on at least the p-type contact layer 222 exposed from the upper surface of the ridge 220a by vapor deposition. Form. Thereafter, the resist pattern is removed by a lift-off method, and a p-side electrode 223 is formed as shown in FIG.

次に、リソグラフィ法とリフトオフ法により、リッジ部220aの上部のp側電極223を覆うように、且つ誘電体膜221の上に、リッジ部220aのストライプ方向と平行方向に幅が150μmの配線電極を選択的に形成する。配線電極は、それぞれの厚さが50nm、200nm、100nmのチタン(Ti)/白金(Pt)/金(Au)からなる積層金属膜により形成する。その後、電解メッキ法によりAu層の膜厚を10μm程度にまで増やしパッド電極を形成する。その後、隣同士のチップを分離するが、この際、パッド電極が隣接チップと連続して繋がっているとチップを分離した際に電極剥れが生じるので、パッド電極はチップごとに分離しておくことが好ましい。   Next, a wiring electrode having a width of 150 μm is formed on the dielectric film 221 in a direction parallel to the stripe direction of the ridge 220a so as to cover the p-side electrode 223 above the ridge 220a by lithography and lift-off. Are selectively formed. The wiring electrode is formed of a laminated metal film made of titanium (Ti) / platinum (Pt) / gold (Au) having a thickness of 50 nm, 200 nm, or 100 nm. Thereafter, the thickness of the Au layer is increased to about 10 μm by electrolytic plating to form a pad electrode. Thereafter, adjacent chips are separated. At this time, if the pad electrode is continuously connected to the adjacent chip, electrode separation occurs when the chip is separated. Therefore, the pad electrode is separated for each chip. It is preferable.

次に、n側電極224の形成を行う。まず、パッド電極を形成した領域において熱CVD法によりSiO2からなるマスクを形成する。その後、リッジ部220aの近傍で且つリッジ部220aのストライプ方向に平行に、さらには、パッド電極のない領域において、開口部を有するレジストをリソグラフィ法とリフトオフ法により作製する。その後、ICP法により開口部における積層構造体を上部より約2.5μmの深さまでエッチングを行って下地層214を露出させる。その後、下地層214上にn側電極224を作成する。なお、n型n側電極224は、それぞれの厚さが5nm、10nm、1000nmのTi/Pt/Auからなる金属積層膜を成膜及びパターニングすることにより作製する。 Next, the n-side electrode 224 is formed. First, a mask made of SiO 2 is formed by a thermal CVD method in the region where the pad electrode is formed. Thereafter, a resist having an opening is formed by a lithography method and a lift-off method in the vicinity of the ridge portion 220a and in parallel with the stripe direction of the ridge portion 220a, and in a region where there is no pad electrode. Thereafter, the underlying structure 214 is exposed by etching the laminated structure at the opening to a depth of about 2.5 μm from above by ICP. Thereafter, an n-side electrode 224 is formed on the base layer 214. The n-type n-side electrode 224 is produced by forming and patterning a metal laminated film made of Ti / Pt / Au having thicknesses of 5 nm, 10 nm, and 1000 nm, respectively.

その後、パッド電極上部のレジスト及び誘電体膜221を除去する。次に、基板210の裏面を研磨し、厚さが100μm程度になるまで基板210を薄膜化する。次に、m軸方向の長さが400μmになるように、m面方向に沿って基板の1次劈開を行う。その後、1次劈開された上記基板をa軸方向の長さが200μmとなるようにa面方向に沿って2次劈開してチップに分離する。   Thereafter, the resist and dielectric film 221 on the pad electrode are removed. Next, the back surface of the substrate 210 is polished, and the substrate 210 is thinned until the thickness becomes about 100 μm. Next, primary cleavage of the substrate is performed along the m-plane direction so that the length in the m-axis direction is 400 μm. Thereafter, the substrate that has been primarily cleaved is cleaved along the a-plane direction so that the length in the a-axis direction becomes 200 μm and separated into chips.

以上により、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2を製造することができる。   As described above, the semiconductor laser device 2 according to the second embodiment of the present invention can be manufactured.

次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2の実施例について、図8を用いて説明する。図8(a)は、基板210上に下地種結晶層211及び選択成長用誘電体膜225を形成し、その上に横方向成長層212と下地層214とを形成した下地基板をm軸方向から観察した断面TEM像である。また、図8(b)は、図8(a)の下地基板を上面から観察したカソードルミネッセンス像(CL像)である。なお、本実施例では、図7で説明した方法によって、基板210上に膜厚が1μmの下地層214を形成した。   Next, an example of the semiconductor laser device 2 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 8A, the base seed crystal layer 211 and the selective growth dielectric film 225 are formed on the substrate 210, and the base substrate on which the lateral growth layer 212 and the base layer 214 are formed is formed in the m-axis direction. It is the cross-sectional TEM image observed from. FIG. 8B is a cathodoluminescence image (CL image) obtained by observing the base substrate of FIG. In this example, the base layer 214 having a thickness of 1 μm was formed on the substrate 210 by the method described in FIG.

図8(a)に示すように、下地種結晶層211の転位の向きは、(0001)面方向に向いて伸びていることが分かる。これに対して、横方向成長層212は横方向に成長し、下地種結晶層211の凸部側面との界面における転位は全て横方向(基板主面に対して平行な方向)である(11−20)方向に曲げられていることが分かる。   As shown in FIG. 8A, it can be seen that the dislocation direction of the base seed crystal layer 211 extends in the (0001) plane direction. On the other hand, the laterally grown layer 212 grows laterally, and all the dislocations at the interface with the side surface of the convex portion of the base seed crystal layer 211 are laterally (direction parallel to the substrate main surface) (11 -20) It turns out that it is bent in the direction.

さらに、同図8(a)に示すように、下地層214における転位は、下地種結晶層211の凸部211aの直上に集中していることが分かる。また、横方向成長層212の直上部分における下地層214の転位は、低転位化された領域となっていることが分かる。   Further, as shown in FIG. 8A, it can be seen that the dislocations in the base layer 214 are concentrated immediately above the convex portions 211a of the base seed crystal layer 211. It can also be seen that the dislocations of the underlying layer 214 in the portion immediately above the laterally grown layer 212 are regions with a low dislocation.

また、図8(b)に示すように、下地種結晶層211の凸部211aの直上領域211bと、隣り合う横方向成長層212a、212b同士が合体した接合領域213とには、転位が帯状に集中して暗点として点在し、転位が制御されていることが分かる。また、下地種結晶層211における凸部211aの直上領域211bと接合領域213との間の領域は転位が集中しておらず、低転位化された領域が形成されていることが分かる。   Further, as shown in FIG. 8B, dislocations are band-like in the region 211b immediately above the convex portion 211a of the base seed crystal layer 211 and the junction region 213 in which the adjacent lateral growth layers 212a and 212b are combined. It can be seen that the dislocations are controlled by being concentrated as dark spots. It can also be seen that dislocations are not concentrated in the region between the region 211b immediately above the convex portion 211a and the junction region 213 in the base seed crystal layer 211, and a region with low dislocations is formed.

このように、本実施形態に係る転位制御技術を用いることにより、転位を帯状に集中させたり、低転位化領域を形成したり、転位の配置を自由に制御することができる。   As described above, by using the dislocation control technique according to this embodiment, dislocations can be concentrated in a band shape, a low dislocation region can be formed, and the dislocation arrangement can be freely controlled.

以上、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置2によれば、光導波路内において電流拡散長と光分布の違いを利用し、転位を所望に配置することにより、可飽和吸収量を増大させることができる。そして、帯状の転位領域を光導波路内で、かつ、電流拡散しない領域に配置することにより、容易に光吸収量のみを増大することができ、安定した自励発振動作をする自励発振型の半導体レーザ装置を実現することができる。この結果、戻り光ノイズ低減やスペックルノイズの低減を実現することができる。また、従来使用していた高価なGaN基板ではなく低コストで大面積であるサファイア基板を用いることで、半導体レーザ装置の低コスト化が可能である。   As described above, according to the semiconductor laser device 2 according to the second embodiment of the present invention, by utilizing the difference between the current diffusion length and the light distribution in the optical waveguide and disposing the dislocations as desired, the saturable absorption amount is reduced. Can be increased. By disposing the band-shaped dislocation region in the optical waveguide and in the region where current is not diffused, only the amount of light absorption can be easily increased, and a self-oscillation type that performs stable self-oscillation operation. A semiconductor laser device can be realized. As a result, it is possible to reduce the return light noise and the speckle noise. In addition, the cost of the semiconductor laser device can be reduced by using a sapphire substrate having a large area at a low cost instead of an expensive GaN substrate conventionally used.

なお、図8(a)において、横方向成長層212a、212bと選択成長用誘電体膜225との間に空隙が開いているが、この空隙は、下地種結晶層211の厚みを薄くしたり、横方向結晶層212a、212bの結晶成長条件を調整したりすることによって、無視できる程度まで小さく、もしくは無くすことが可能である。   In FIG. 8A, a gap is opened between the laterally grown layers 212a and 212b and the selective growth dielectric film 225. This gap reduces the thickness of the underlying seed crystal layer 211, for example. By adjusting the crystal growth conditions of the lateral crystal layers 212a and 212b, it can be made small or negligible.

なお、本実施形態において、基板210としてはサファイア基板を用いたが、これに限らない。例えば、低コストなSiC基板やSi基板であっても同様のプロセスで同様の効果を奏する半導体レーザ装置を製造することができ、これらの基板を用いることにより更なる大面積化による低コスト化が可能である。   In this embodiment, a sapphire substrate is used as the substrate 210, but the present invention is not limited to this. For example, even if it is a low-cost SiC substrate or a Si substrate, a semiconductor laser device having the same effect can be manufactured by the same process. By using these substrates, the cost can be reduced by further increasing the area. Is possible.

また、本実施形態においても第1の実施形態と同様に、活性層117の井戸層を、In組成が10%〜20%もしくはそれ以上の組成であるInGaN層としたり、n型ガイド層116及び/又はp型ガイド層118を、n型またはp型のInGaN層としたりして、ディスプレイ用の半導体レーザ装置に適する構成としても構わない。   Also in this embodiment, as in the first embodiment, the well layer of the active layer 117 is an InGaN layer having an In composition of 10% to 20% or more, or the n-type guide layer 116 and Alternatively, the p-type guide layer 118 may be an n-type or p-type InGaN layer, and may have a configuration suitable for a semiconductor laser device for display.

また、下地層114としては、n型のGaN以外にも、n型AlGaN層、n型AlGaNもしくはAlN/GaN超格子成長層を用いてもよい。   In addition to the n-type GaN, the underlayer 114 may be an n-type AlGaN layer, an n-type AlGaN, or an AlN / GaN superlattice growth layer.

また、本実施形態においては、キャリアオーバーフロー抑制層119は、p型ガイド層118の上に形成されるとしたが、活性層117の上にキャリアオーバーフロー抑制層を形成し、さらにその上にp型ガイド層を形成するという構成にしてもよい。   In the present embodiment, the carrier overflow suppression layer 119 is formed on the p-type guide layer 118. However, a carrier overflow suppression layer is formed on the active layer 117, and the p-type is further formed thereon. You may make it the structure of forming a guide layer.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置3について、図9を用いて説明する。図9は、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
(Third embodiment)
Next, a semiconductor laser device 3 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention.

本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置3は、第1の実施形態と同様に、自励発振型の半導体レーザ装置である。本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置3と本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1とが異なる点は、下地基板の構造である。また、本実施形態では、活性層やクラッド層などの積層体を、窒化物半導体の半極性面である(1−101)面に積層させることを特徴としている。なお、積層体や電極等の構成及び製造プロセスにおける作製条件については、第1の実施形態又は第2の実施形態とは若干異なるが、基本的には同様である。   The semiconductor laser device 3 according to the third embodiment of the present invention is a self-excited oscillation type semiconductor laser device, as in the first embodiment. The semiconductor laser device 3 according to the third embodiment of the present invention differs from the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention in the structure of the base substrate. Further, the present embodiment is characterized in that a stacked body such as an active layer or a cladding layer is stacked on the (1-101) plane which is a semipolar plane of a nitride semiconductor. Note that the configuration of the laminated body, the electrode, and the like and the manufacturing conditions in the manufacturing process are slightly different from those in the first embodiment or the second embodiment, but are basically the same.

図9に示すように、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置3は、断面形状が三角形の複数の凸部310aを有する凹凸部が形成され、表面の結晶面が(100)からおよそ7度傾いた結晶面を有するSiからなる基板310と、基板310の複数の凸部310aの各々について当該凸部310aの一方の側面に形成された下地種結晶層311と、複数の凸部310aの各々について当該凸部310aの他方の側面に形成された選択成長用膜である選択成長用誘電体膜325とを備える。凸部310aの側面は、Siの(111)面からなり、傾斜角度は、水平方向に対して、一方が約62度、他方は約48度となる。傾斜角度が約62度である側面には下地種結晶層311が形成され、傾斜角度が約48度の側面には選択成長用誘電体膜325が形成される。なお、下地種結晶層311は、例えば、AlN膜で構成することができる。また、選択成長用誘電体膜325は、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等で構成することができる。   As shown in FIG. 9, in the semiconductor laser device 3 according to the third embodiment of the present invention, a concavo-convex portion having a plurality of convex portions 310a having a triangular cross-sectional shape is formed, and the surface crystal plane is from (100). A substrate 310 made of Si having a crystal plane inclined by about 7 degrees, a base seed crystal layer 311 formed on one side surface of each of the plurality of projections 310a of the substrate 310, and a plurality of projections Each of 310a includes a selective growth dielectric film 325 which is a selective growth film formed on the other side surface of the convex portion 310a. The side surface of the convex portion 310a is made of Si (111), and the inclination angle is about 62 degrees on one side and about 48 degrees on the other side in the horizontal direction. A base seed crystal layer 311 is formed on a side surface having an inclination angle of about 62 degrees, and a selective growth dielectric film 325 is formed on a side surface having an inclination angle of about 48 degrees. The base seed crystal layer 311 can be composed of, for example, an AlN film. The selective growth dielectric film 325 can be formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film.

さらに、基板310の隣り合う凸部310a間(凹部)を埋めるようにして、下地種結晶層311の表面上に下地GaN成長層312が形成されている。下地GaN成長層312の上には、GaNからなるn型の下地層314が形成されており、下地層314の上に、n型クラッド層315、n型ガイド層316、活性層317、p型ガイド層318、キャリアオーバーフロー抑制層319、p型クラッド層320が順次積層されている。   Further, a base GaN growth layer 312 is formed on the surface of the base seed crystal layer 311 so as to fill in the space between the adjacent convex portions 310 a (recesses) of the substrate 310. An n-type underlayer 314 made of GaN is formed on the underlayer GaN growth layer 312, and an n-type cladding layer 315, an n-type guide layer 316, an active layer 317, a p-type are formed on the underlayer 314. A guide layer 318, a carrier overflow suppression layer 319, and a p-type cladding layer 320 are sequentially stacked.

なお、このとき、下地GaN成長層312の(1−101)面は、Siの(111)面より結晶成長を行う(1000)面に対して、約62度の角度を有しているため、上記の下地GaN成長層312の表面は水平面となる。このため、この下地GaN成長層312の上部に形成される積層体は基板板310の主面に対して垂直方向に積層されるため、後述の電極等を形成するプロセスを容易に行うことができる。   At this time, the (1-101) plane of the underlying GaN growth layer 312 has an angle of about 62 degrees with respect to the (1000) plane where crystal growth is performed from the (111) plane of Si. The surface of the base GaN growth layer 312 is a horizontal plane. For this reason, since the laminated body formed on the upper part of the underlying GaN growth layer 312 is laminated in a direction perpendicular to the main surface of the substrate plate 310, a process for forming electrodes and the like described later can be easily performed. .

p型クラッド層320は、上面視ストライプ形状で断面凸形状のリッジ部320aを有し、このリッジ部320a上には、p型コンタクト層322、p側電極323(第2電極)が形成されている。これにより、p側電極323はp型コンタクト層322と電気的に接続されている。   The p-type cladding layer 320 has a ridge part 320a having a stripe shape in a top view and a convex section, and a p-type contact layer 322 and a p-side electrode 323 (second electrode) are formed on the ridge part 320a. Yes. Thereby, the p-side electrode 323 is electrically connected to the p-type contact layer 322.

また、p型クラッド層320のリッジ部320aが形成されていない領域上には誘電体膜321が形成されている。また、積層構造体が除去された開口部には下地層314が露出されており、下地層314の上には、n側電極324(第1電極)が形成されている。n側電極324は、下地層314を介してn型クラッド層315と電気的に接続されている。   A dielectric film 321 is formed on the region of the p-type cladding layer 320 where the ridge 320a is not formed. In addition, the base layer 314 is exposed in the opening from which the stacked structure is removed, and an n-side electrode 324 (first electrode) is formed on the base layer 314. The n-side electrode 324 is electrically connected to the n-type cladding layer 315 through the base layer 314.

p型コンタクト層322及びp側電極323が形成されているリッジ部320aは活性層317に電流を注入するための領域であり、p側電極323及びリッジ部320aの下方領域とその周辺領域は電流注入領域330である。   The ridge portion 320a in which the p-type contact layer 322 and the p-side electrode 323 are formed is a region for injecting current into the active layer 317, and the region below the p-side electrode 323 and the ridge portion 320a and its peripheral region are currents. This is an injection region 330.

本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置3では、上述のとおり、基板310の凸部310aの一方の側面には下地種結晶層311が形成され、他方の側面には選択成長用誘電体膜325が形成されている。これにより、この上に形成される下地GaN成長層312は、下地種結晶層311から成長を開始し、図9の矢印で示す方向に向かって成長する。そして、隣り合う下地GaN成長層312同士が接合して接合部分313aとなり、接合領域313が形成される。このとき、凸部側面と下地種結晶層311との界面より発生する転位は直線的に延びず、一方(凹部底部付近で発生した転位)は選択成長用誘電体膜325へ曲がり、選択成長用誘電体膜325表面に到達する。もう一方(凹部表面付近で発生した転位)は表面へと曲がり、接合領域313及び下地種結晶層311上に形成される積層構造体には、誘電体膜321から接合領域313及び下地種結晶層311にかけて、帯状の転位領域341が形成される。つまり、下地GaN成長層312における接合部分313a付近に成長する層は、接合領域313の接合部分313aによって転位が集中するようにして形成される。   In the semiconductor laser device 3 according to the third embodiment of the present invention, as described above, the base seed crystal layer 311 is formed on one side surface of the convex portion 310a of the substrate 310, and the dielectric for selective growth is formed on the other side surface. A body film 325 is formed. Thereby, the underlying GaN growth layer 312 formed thereon starts growing from the underlying seed crystal layer 311 and grows in the direction indicated by the arrow in FIG. Adjacent underlying GaN growth layers 312 are bonded to each other to form a bonded portion 313a, and a bonded region 313 is formed. At this time, dislocations generated from the interface between the side surface of the convex portion and the seed crystal layer 311 do not extend linearly, whereas one (dislocation generated near the bottom of the concave portion) bends to the dielectric film 325 for selective growth. It reaches the surface of the dielectric film 325. The other (dislocations generated near the surface of the concave portion) bends to the surface, and the laminated structure formed on the junction region 313 and the base seed crystal layer 311 includes the dielectric film 321 and the base seed crystal layer. A band-shaped dislocation region 341 is formed over 311. That is, the layer that grows in the vicinity of the junction portion 313 a in the underlying GaN growth layer 312 is formed so that dislocations are concentrated by the junction portion 313 a in the junction region 313.

一方、接合領域313が形成されていない選択成長用誘電体膜325上の下地GaN成長層312上に成長する層は転位が集中せずに形成され、この部分の上には低転位化された領域が形成される。   On the other hand, the layer grown on the underlying GaN growth layer 312 on the selective growth dielectric film 325 in which the junction region 313 is not formed is formed without concentration of dislocations, and the dislocations are lowered on this portion. A region is formed.

このように、本実施形態において、下地GaN成長層312は、隣り合う凸部310aの下地種結晶層311のそれぞれから成長した隣り合う下地GaN成長層312同士が接合して一体化して形成される。そして、下地GaN成長層312における接合領域313は、接合領域313上に形成される層の転位を集中させることができる転位集中可領域として機能し、接合領域313上に形成される層の転位密度は大きくなる。下地GaN成長層312は、下地種結晶層311及び選択成長用誘電体膜325とともに、転位集中可領域を有する転位制御層として機能する。   As described above, in this embodiment, the underlying GaN growth layer 312 is formed by joining and bonding the adjacent underlying GaN growth layers 312 grown from each of the underlying seed crystal layers 311 of the adjacent convex portions 310a. . The junction region 313 in the underlying GaN growth layer 312 functions as a dislocation-concentrated region capable of concentrating the dislocations of the layer formed on the junction region 313, and the dislocation density of the layer formed on the junction region 313. Will grow. The underlying GaN growth layer 312 functions together with the underlying seed crystal layer 311 and the selective growth dielectric film 325 as a dislocation control layer having a dislocation concentrated region.

このように本実施形態に係る半導体レーザ装置3においても、第1及び第2の実施形態と同様に、転位密度が他の部分よりも大きい帯状の転位領域341が形成される。また、第1及び第2の実施形態と同様に、本実施形態に係る半導体レーザ装置3においても、電流注入領域330内の転位密度、特に、活性層注入領域における転位密度を第1の転位密度aとし、電流注入領域330の近傍領域の転位密度、特に、活性層非電流注入領域における帯状の転位領域341の転位密度を第2の転位密度bとすると、第1の転位密度aと第2の転位密度bの関係はa<bとなっており、第2の転位密度は第1の転位密度よりも大きい関係としている。   As described above, also in the semiconductor laser device 3 according to the present embodiment, as in the first and second embodiments, the band-shaped dislocation region 341 having a dislocation density larger than that of other portions is formed. Similarly to the first and second embodiments, also in the semiconductor laser device 3 according to the present embodiment, the dislocation density in the current injection region 330, particularly, the dislocation density in the active layer injection region is set to the first dislocation density. If the dislocation density in the vicinity of the current injection region 330, in particular, the dislocation density in the band-like dislocation region 341 in the active layer non-current injection region is the second dislocation density b, the first dislocation density a and the second dislocation density The relationship of the dislocation density b is a <b, and the second dislocation density is larger than the first dislocation density.

従って、本実施形態に係る半導体レーザ装置3においても、上述した本発明の第1及び第2の実施形態に係る半導体レーザ装置1、2と同様の作用効果を奏する。   Therefore, the semiconductor laser device 3 according to the present embodiment also has the same operational effects as those of the semiconductor laser devices 1 and 2 according to the first and second embodiments of the present invention described above.

次に、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について、図10を用いて説明する。図10は、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における各工程の断面図である。   Next, a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of each step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention.

まず、基板310として、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の絶縁膜を有するSi(100)7°オフ基板を用意し、この基板310に対して、フォトリソグラフィー法やドライエッチングを用いて、ストライプ状の開口を有する上記絶縁膜からなるマスクを作製する。   First, a Si (100) 7 ° off substrate having a silicon oxide film or a silicon nitride insulating film is prepared as the substrate 310, and the substrate 310 is striped by using a photolithography method or dry etching. A mask made of the insulating film having an opening is manufactured.

次に、マスクが形成されたSi(100)7°オフ基板を、例えば水酸化カリウム(KOH)や水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)を用いたウェットエッチングを施すことにより、マスクの開口部に断面三角形の複数の凹部を形成する。これにより、図10(a)に示すように、基板310に断面三角形の凸部310aを複数個形成することができる。このとき、各凸部310aの側面は傾斜した面となり、当該側面はシリコンの(111)ファセット面となる。   Next, the Si (100) 7 ° off substrate on which the mask is formed is subjected to wet etching using, for example, potassium hydroxide (KOH) or tetramethylammonium hydroxide (TMAH), so that the opening of the mask is cross-sectioned. A plurality of triangular recesses are formed. As a result, as shown in FIG. 10A, a plurality of convex portions 310 a having a triangular cross section can be formed on the substrate 310. At this time, the side surface of each convex portion 310a is an inclined surface, and the side surface is a (111) facet surface of silicon.

次に、図10(b)に示すように、スパッタリング法や真空蒸着法により、凸部310aの傾斜したシリコンの(111)ファセット面のうち一方を、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる選択成長用誘電体膜325で覆う。   Next, as shown in FIG. 10B, one of the tilted silicon (111) facets of the protrusion 310a is selectively grown of a silicon oxide film or a silicon nitride film by sputtering or vacuum deposition. It is covered with a dielectric film 325 for use.

次に、図10(c)に示すように、凸部310aの側面のうち、選択成長用誘電体膜325で覆われていない方の側面上に、AlN膜からなる下地種結晶層311を形成する。   Next, as shown in FIG. 10C, an underlying seed crystal layer 311 made of an AlN film is formed on the side surface of the convex portion 310a that is not covered with the selective growth dielectric film 325. To do.

その後、選択成長用誘電体膜325及び下地種結晶層311上に、MOCVD法により、GaNからなる窒化物半導体結晶を成長すると、下地種結晶層311上にのみ窒化物半導体結晶が成長し始め、図10(d)の矢印で示す方向に成長する。このとき、窒化物半導体結晶の成長方向に、窒化物半導体の(1−101)ファセット面の下地GaN成長層312が現れる。   Thereafter, when a nitride semiconductor crystal made of GaN is grown on the selective growth dielectric film 325 and the underlying seed crystal layer 311 by MOCVD, the nitride semiconductor crystal starts to grow only on the underlying seed crystal layer 311. It grows in the direction indicated by the arrow in FIG. At this time, the underlying GaN growth layer 312 on the (1-101) facet surface of the nitride semiconductor appears in the growth direction of the nitride semiconductor crystal.

その後、さらに結晶成長を継続すると、一の凸部310aの下地種結晶層311から成長した窒化物半導体の(1−101)ファセット面は、その隣りの他の凸部310aの下地種結晶層311から成長した窒化物半導体と接合し、図10(d)に示すように、連続膜の状態になった窒化物半導体の(1−101)面となる。   Thereafter, when the crystal growth is further continued, the (1-101) facet plane of the nitride semiconductor grown from the base seed crystal layer 311 of one convex portion 310a is the base seed crystal layer 311 of the other convex portion 310a adjacent thereto. As shown in FIG. 10D, the nitride semiconductor is bonded to the nitride semiconductor grown from the above, and becomes a (1-101) plane of the nitride semiconductor in a continuous film state.

次に、このようにして得られた下地GaN成長層312上に、III族原料であるTMGとn型ドーピング材料であるモノシラン(SiH4)を導入し、図10(e)に示すように、膜厚が2μmのn−GaNからなるn型の下地層314を結晶成長させる。この場合、種結晶となった凸部310aの直上及び隣り合う下地GaN成長層312が接合する接合領域313直上において転位が集中する。このように、接合部分313aを含む接合領域313上には、高い転位密度である領域が形成され、一方、接合領域313以外の下地GaN成長層312上には、低転位化された領域が形成される。なお、下地層314は、基板310上の全面に形成される。 Next, a group III raw material TMG and an n-type doping material monosilane (SiH 4 ) are introduced on the underlying GaN growth layer 312 thus obtained, and as shown in FIG. An n-type underlayer 314 made of n-GaN having a thickness of 2 μm is crystal-grown. In this case, dislocations are concentrated immediately above the convex portion 310a that becomes the seed crystal and immediately above the junction region 313 where the adjacent underlying GaN growth layer 312 is joined. In this manner, a region having a high dislocation density is formed on the junction region 313 including the junction portion 313a, while a region having a low dislocation is formed on the underlying GaN growth layer 312 other than the junction region 313. Is done. Note that the base layer 314 is formed over the entire surface of the substrate 310.

次に、図10(f)に示すように、下地層314上に、窒化物半導体層からなる積層構造体の各層をMOCVD法により順次結晶成長を行うことにより積層構造体を形成する。   Next, as shown in FIG. 10F, a layered structure is formed on the base layer 314 by sequentially growing each layer of the layered structure made of the nitride semiconductor layer by MOCVD.

具体的には、下地層314上に、膜厚が1.5μmのn型Al0.05Ga0.95Nからなるn型クラッド層315を成長し、その後、膜厚が0.1μmのn型GaNからなるn型ガイド層316を成長する。その後、n型ガイド層316上に、膜厚が7.5μmのIn0.02Ga0.98Nからなるバリア層と膜厚が3nmのIn0.06Ga0.94Nからなる井戸層とからなる量子井戸構造を5周期分積層した活性層317を成長する。 Specifically, an n-type cladding layer 315 made of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N having a film thickness of 1.5 μm is grown on the base layer 314, and then made of n-type GaN having a film thickness of 0.1 μm. An n-type guide layer 316 is grown. Thereafter, a quantum well structure including a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 7.5 μm and a well layer made of In 0.06 Ga 0.94 N having a thickness of 3 nm is formed on the n-type guide layer 316 in five cycles. A split active layer 317 is grown.

次に、活性層317上に、膜厚が0.1μmのp型GaNからなるp型ガイド層318を成長する。その後、膜厚が10nmのAl0.20Ga0.80Nからなるキャリアオーバーフロー抑制層319を成長し、その後、膜厚が1.5μmのp型Al0.10Ga0.90Nと膜厚が1.5μmのp型GaNとを160周期分繰り返して積層し、歪超格子構造であるp型クラッド層320を成長する。その後、膜厚が0.05μmのp型GaNからなるp型コンタクト層322を成長する。 Next, a p-type guide layer 318 made of p-type GaN having a thickness of 0.1 μm is grown on the active layer 317. Thereafter, a carrier overflow suppression layer 319 made of Al 0.20 Ga 0.80 N having a thickness of 10 nm is grown, and then p-type Al 0.10 Ga 0.90 N having a thickness of 1.5 μm and p-type GaN having a thickness of 1.5 μm. Are repeated for 160 periods to grow a p-type cladding layer 320 having a strained superlattice structure. Thereafter, a p-type contact layer 322 made of p-type GaN having a thickness of 0.05 μm is grown.

なお、上記のMOCVD法を用いた場合のIII族原料としては、Ga原料としてはトリメチルガリウム(TMG)を用い、Al原料としてはトリメチルアルミニウム(TMA)を用い、In原料としてはトリメチルインジウムを用いた。また、V族原料としてはアンモニア(NH3)を用いた。また、n型の不純物原料としてはSiを用い、その原料としてモノシラン(SiH4)ガスを用い、p型の不純物原料としてはMgを用い、その原料としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。 In addition, as a III group material at the time of using said MOCVD method, trimethyl gallium (TMG) was used as Ga material, trimethyl aluminum (TMA) was used as Al material, and trimethyl indium was used as In material. . In addition, ammonia (NH 3 ) was used as the Group V raw material. Further, Si is used as the n-type impurity material, monosilane (SiH 4 ) gas is used as the material, Mg is used as the p-type impurity material, and biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) is used as the material. ) Was used.

次に、同10(f)に示すように、熱CVD法により、p型コンタクト層322の上に、膜厚が0.3μmで幅が1.5μmのm軸方向に平行なストライプ形状の酸化シリコン(SiO2)からなるマスクM31を選択的に形成する。当該酸化シリコンを形成する位置は、下地GaN成長層312の接合部分313aから横方向に向かって約5μm以内の範囲で、かつ接合領域313の直上には位置しないようにm軸方向に形成する。 Next, as shown in FIG. 10 (f), stripe-shaped oxidation parallel to the m-axis direction having a film thickness of 0.3 μm and a width of 1.5 μm is formed on the p-type contact layer 322 by thermal CVD. A mask M31 made of silicon (SiO 2 ) is selectively formed. The silicon oxide is formed in the m-axis direction so as not to be positioned directly above the junction region 313 within a range within about 5 μm in the lateral direction from the junction portion 313a of the underlying GaN growth layer 312.

このように、転位が集中した領域を含む下地層314上に形成される層は、その下の層の結晶性を継承することになるので、下地層314の転位が集中した領域上の部分は転位が集中した領域となり、積層構造体に帯状の転位領域が形成される。   As described above, the layer formed on the base layer 314 including the region where the dislocations are concentrated inherits the crystallinity of the underlying layer. A region where dislocations are concentrated is formed, and a band-like dislocation region is formed in the stacked structure.

次に、図10(g)に示すように、ICP法により上記酸化シリコンをマスクとして、p型クラッド層320の上部を0.35μmの深さでエッチングを行うことにより、ストライプ状のリッジ部320aを形成する。その後、フッ化水素酸を用いて酸化シリコンのマスクM31を除去し、再度熱CVD法にて露出したp型クラッド層320の上に、リッジ部320aを含む全面に亘り、膜厚が200nmのSiO2からなる誘電体膜321を形成する。次に、リソグラフィ法によりリッジ部320aの上面にある誘電体膜321に対して、リッジ部320aのストライプ形状に沿って幅が1.3μmの開口部を有するレジストパターンを形成する。その後、三フッ化メタン(CHF3)ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)により、レジストパターンをマスクとして、リッジ部320a上の誘電体膜321をエッチング除去し、リッジ部320aの上面からp型コンタクト層322を露出する。 Next, as shown in FIG. 10G, the upper part of the p-type cladding layer 320 is etched to a depth of 0.35 μm by the ICP method using the silicon oxide as a mask, thereby forming a striped ridge portion 320a. Form. Thereafter, the silicon oxide mask M31 is removed using hydrofluoric acid, and the SiO film having a film thickness of 200 nm is formed on the entire surface including the ridge 320a on the p-type cladding layer 320 exposed again by the thermal CVD method. A dielectric film 321 made of 2 is formed. Next, a resist pattern having an opening having a width of 1.3 μm is formed along the stripe shape of the ridge 320 a on the dielectric film 321 on the upper surface of the ridge 320 a by lithography. Thereafter, the reactive ion etching (RIE) using trifluoromethane (CHF 3 ) gas is used to remove the dielectric film 321 on the ridge 320a by etching using the resist pattern as a mask, and p from the upper surface of the ridge 320a. The mold contact layer 322 is exposed.

次に、蒸着法により少なくともリッジ部320aの上面から露出したp型コンタクト層322の上に、厚さが40nmのパラジウム(Pd)と厚さが35nmの白金(Pt)とからなる金属積層膜を形成する。その後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去し、同図10(g)に示すように、p側電極323をパターン形成する。   Next, a metal laminated film made of palladium (Pd) having a thickness of 40 nm and platinum (Pt) having a thickness of 35 nm is formed on at least the p-type contact layer 322 exposed from the upper surface of the ridge portion 320a by vapor deposition. Form. Thereafter, the resist pattern is removed by a lift-off method, and a p-side electrode 323 is formed as shown in FIG.

次に、リソグラフィ法とリフトオフ法により、リッジ部320aの上部のp側電極323を覆うように、且つ誘電体膜321の上に、リッジ部320aのストライプ方向と平行方向に幅が150μmの配線電極を選択的に形成する。配線電極はそれぞれの厚さが50nm、200nm、100nmのチタン(Ti)/白金(Pt)/金(Au)からなる積層金属膜により形成する。その後、電解メッキ法によりAu層の膜厚を10μm程度にまで増やしパッド電極を形成する。その後、隣同士のチップを分離するが、この際、パッド電極が隣接チップと連続して繋がっていると、チップを分離した際に電極剥れが生じるので、パッド電極はチップごとに分離しておくことが好ましい。   Next, a wiring electrode having a width of 150 μm is formed on the dielectric film 321 in a direction parallel to the stripe direction of the ridge portion 320a so as to cover the p-side electrode 323 above the ridge portion 320a by lithography and lift-off methods. Are selectively formed. The wiring electrode is formed of a laminated metal film made of titanium (Ti) / platinum (Pt) / gold (Au) having a thickness of 50 nm, 200 nm, or 100 nm. Thereafter, the thickness of the Au layer is increased to about 10 μm by electrolytic plating to form a pad electrode. Then, the adjacent chips are separated. At this time, if the pad electrode is continuously connected to the adjacent chip, electrode separation occurs when the chip is separated, so the pad electrode is separated for each chip. It is preferable to keep it.

次に、n側電極324の形成を行う。まず、パッド電極を形成した領域において熱CVD法によりSiO2からなるマスクを形成する。その後、リッジ部320aの近傍で且つリッジ部320aのストライプ方向に平行に、さらには、パッド電極のない領域において、開口部を有するレジストをリソグラフィ法とリフトオフ法により作製する。その後、ICP法により開口部における積層構造体を上部より約2.5μmの深さまでエッチングを行って下地層314を露出させる。その後、下地層314上にn側電極324を作成する。なお、n側電極324は、それぞれの厚さが5nm、10nm、1000nmのTi/Pt/Auからなる金属積層膜を成膜及びパターニングすることにより作製する。 Next, the n-side electrode 324 is formed. First, a mask made of SiO 2 is formed by a thermal CVD method in the region where the pad electrode is formed. Thereafter, a resist having an opening in the vicinity of the ridge portion 320a and in parallel with the stripe direction of the ridge portion 320a, and further in a region without a pad electrode, is formed by a lithography method and a lift-off method. Thereafter, the underlying structure 314 is exposed by etching the laminated structure in the opening to a depth of about 2.5 μm from above by ICP. Thereafter, an n-side electrode 324 is formed on the base layer 314. Note that the n-side electrode 324 is manufactured by forming and patterning a metal laminated film made of Ti / Pt / Au having thicknesses of 5 nm, 10 nm, and 1000 nm, respectively.

その後パッド電極上部のレジスト及び誘電体膜321を除去する。次に、基板310の裏面を研磨し、厚さが100μm程度になるまで基板310を薄膜化する。次に、積層体の窒化物半導体材料の結晶軸に関してm軸方向の長さが400μmになるように、m面方向に沿って基板の1次劈開を行う。このとき、積層体のm面方向は基板310の(100)面であるので、容易に積層体と基板310を劈開により分離することができる。その後、1次劈開された上記基板をa軸方向の長さが200μmとなるようにa面方向に沿って2次劈開してチップに分離する。   Thereafter, the resist and dielectric film 321 on the pad electrode are removed. Next, the back surface of the substrate 310 is polished, and the substrate 310 is thinned until the thickness becomes about 100 μm. Next, primary cleavage of the substrate is performed along the m-plane direction so that the length in the m-axis direction is 400 μm with respect to the crystal axis of the nitride semiconductor material of the stacked body. At this time, since the m-plane direction of the laminate is the (100) plane of the substrate 310, the laminate and the substrate 310 can be easily separated by cleavage. Thereafter, the substrate that has been primarily cleaved is cleaved along the a-plane direction so that the length in the a-axis direction becomes 200 μm and separated into chips.

以上により、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置3を製造することができる。   As described above, the semiconductor laser device 3 according to the third embodiment of the present invention can be manufactured.

このように、本実施形態に係る転位制御技術を用いることにより、転位を帯状に集中させたり、低転位化領域を形成したり、転位の配置を自由に制御することができる。   As described above, by using the dislocation control technique according to this embodiment, dislocations can be concentrated in a band shape, a low dislocation region can be formed, and the dislocation arrangement can be freely controlled.

以上、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザ装置3によれば、光導波路内において電流拡散長と光分布の違いを利用し、転位を所望に配置することにより、可飽和吸収量を増大させることができる。そして、帯状の転位領域を光導波路内で、かつ、電流拡散しない領域に配置することにより、容易に光吸収量のみを増大することができ、安定した自励発振動作をする自励発振型の半導体レーザ装置を実現することができる。この結果、戻り光ノイズ低減やスペックルノイズの低減を実現することができる。また、従来使用していた高価なGaN基板ではなく低コストで大面積であるサファイア基板を用いることで、半導体レーザ装置の低コスト化が可能である。   As described above, according to the semiconductor laser device 3 according to the third embodiment of the present invention, by utilizing the difference between the current diffusion length and the light distribution in the optical waveguide and disposing the dislocations as desired, the saturable absorption amount can be reduced. Can be increased. By disposing the band-shaped dislocation region in the optical waveguide and in the region where current is not diffused, only the amount of light absorption can be easily increased, and a self-oscillation type that performs stable self-oscillation operation. A semiconductor laser device can be realized. As a result, it is possible to reduce the return light noise and the speckle noise. In addition, the cost of the semiconductor laser device can be reduced by using a sapphire substrate having a large area at a low cost instead of an expensive GaN substrate conventionally used.

なお、本実施形態では、基板310としてはSi基板を用いたが、これに限らない。
次に、本発明の各実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例、特に好適な例について説明する。
In this embodiment, a Si substrate is used as the substrate 310, but the present invention is not limited to this.
Next, modified examples of the semiconductor laser device according to each embodiment of the present invention, particularly preferable examples will be described.

まず、各実施形態において、転位が集中した帯状の転位領域(第2転位領域)は、電流注入領域の中心から5μm以内の範囲に存在することが好ましい。   First, in each embodiment, it is preferable that the band-like dislocation region (second dislocation region) where dislocations are concentrated exists in a range within 5 μm from the center of the current injection region.

これにより、電流非注入領域に染み出した導波光を効率よく吸収することができ、より安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   As a result, it is possible to efficiently absorb the guided light leaking into the current non-injection region, and to realize a semiconductor laser device that performs a more stable self-excited oscillation operation.

また、各実施形態において、転位が集中した帯状の転位領域の転位密度は、1×107/cm2以上であることが好ましい。 Moreover, in each embodiment, it is preferable that the dislocation density of the band-shaped dislocation region where dislocations are concentrated is 1 × 10 7 / cm 2 or more.

これにより、可飽和吸収領域内における光吸収量を増大させることができるので、より安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   As a result, the amount of light absorption in the saturable absorption region can be increased, so that a semiconductor laser device that performs a more stable self-oscillation operation can be realized.

また、各実施形態においては活性層の材料は、各実施形態にものに限定されるものではないが、活性層はインジウムを含むことが好ましい。   In each embodiment, the material of the active layer is not limited to that in each embodiment, but the active layer preferably contains indium.

これにより、紫外領域から可視領域までの発光波長を実現することができるので、用途に合わせて自由に発光波長を変えることができる。さらに、Inを含む窒化物材料はInの偏析が非常にしやすい材料であることから、Inの偏析部分はバンドギャップエネルギーが小さくなり、可飽和吸収領域内の導波光の光を効率的に光吸収させることが可能となる。これにより、より安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   Thereby, since the light emission wavelength from the ultraviolet region to the visible region can be realized, the light emission wavelength can be freely changed according to the application. Furthermore, since the nitride material containing In is a material that easily segregates In, the In segregated portion has a small band gap energy and efficiently absorbs the light of the guided light in the saturable absorption region. It becomes possible to make it. As a result, a semiconductor laser device that performs a more stable self-excited oscillation operation can be realized.

また、第1及び第2の実施形態において、横方向成長層112、113は、AlxGa1-xN(0≦x≦1)からなることが好ましい。 In the first and second embodiments, the laterally grown layers 112 and 113 are preferably made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1).

これにより、光導波路領域内の縦方向の光閉じ込め(Γv)を大きくすることが可能であり、導波路損失を低減することで閾値電流密度の低減が可能となる。従って、より安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   As a result, the vertical optical confinement (Γv) in the optical waveguide region can be increased, and the threshold current density can be reduced by reducing the waveguide loss. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device that performs a more stable self-excited oscillation operation.

また、各実施形態において、下地層は、その一部もしくは全部が、AlxGa1-xN(0≦x≦1)とAlyGa1-yN(0≦y≦1、x≠y)との積層構造からなることが好ましい。 In each embodiment, the underlying layer is partially or entirely made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1, x ≠ y). And a laminated structure.

これにより、平均的な屈折率を低減することができ、光導波路内の縦方向の光閉じ込め(Γv)を大きくすることが可能となる。従って、導波路損失を低減することができ、閾値電流密度の低減が可能となる。よって、より安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   As a result, the average refractive index can be reduced, and the vertical optical confinement (Γv) in the optical waveguide can be increased. Therefore, the waveguide loss can be reduced, and the threshold current density can be reduced. Therefore, a semiconductor laser device that performs a more stable self-oscillation operation can be realized.

また、各実施形態において、積層構造体における半導体層の主面は、半極性又は無極性であることが好ましい。   Moreover, in each embodiment, it is preferable that the main surface of the semiconductor layer in a laminated structure is semipolar or nonpolar.

これにより、積層構造体におけるピエゾ効果を低減することができるので、電子と正孔との空間的な離間を解消することができる。従って、光吸収により生じたキャリアの消滅時間が早くなり、光吸収が可能になるまでの時間を短くすることができ、単位時間当たりの光吸収量を増大させることができる。従って、より安定した自励発振動作をする半導体レーザ装置を実現することができる。   Thereby, since the piezo effect in the laminated structure can be reduced, the spatial separation between electrons and holes can be eliminated. Therefore, the disappearance time of carriers generated by light absorption is accelerated, the time until light absorption is possible can be shortened, and the amount of light absorption per unit time can be increased. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device that performs a more stable self-excited oscillation operation.

以上、本発明に係る半導体レーザ装置について、各実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、各実施形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。   As described above, the semiconductor laser device according to the present invention has been described based on each embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, embodiments obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art, and embodiments realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the spirit of the present invention Are also included in the present invention.

本発明は、光ディスク用、ディスプレイ用又は照明用の光源等として有用である。   The present invention is useful as a light source for an optical disk, a display, or an illumination.

1、2、3 半導体レーザ装置
110、210、310 基板
111、211 下地種結晶層
111a、211a、310a 凸部
111b、211b 直上領域
112、112a、112b、212、212a、212b 横方向成長層
113、213、313 接合領域
113a、213a、313a 接合部分
114、214、314 下地層
115、215、315 n型クラッド層
116、216、316 n型ガイド層
117、217、317 活性層
118、218、318 p型ガイド層
119、219、319 キャリアオーバーフロー抑制層
120、220、320 p型クラッド層
120a、220a、320a リッジ部
121、221、321 誘電体膜
122、222、322 p型コンタクト層
123、223、323 p側電極
124、224、324 n側電極
130、230、330 電流注入領域
140、150 近傍領域
141、151、241、251、341 転位領域
160 光導波路領域
170 電流分布
225、325 選択成長用誘電体膜
311 下地種結晶層
312 下地GaN成長層
1, 2, 3 Semiconductor laser device 110, 210, 310 Substrate 111, 211 Underlying seed crystal layer 111a, 211a, 310a Protruding portion 111b, 211b Immediately above region 112, 112a, 112b, 212, 212a, 212b Lateral growth layer 113, 213, 313 Junction region 113a, 213a, 313a Junction portion 114, 214, 314 Underlayer 115, 215, 315 N-type cladding layer 116, 216, 316 N-type guide layer 117, 217, 317 Active layer 118, 218, 318 p Type guide layer 119, 219, 319 Carrier overflow suppression layer 120, 220, 320 p-type cladding layer 120a, 220a, 320a Ridge part 121, 221, 321 Dielectric film 122, 222, 322 p-type contact layer 123, 223, 323 p Side electrode 124, 224, 324 n-side electrode 130, 230, 330 Current injection region 140, 150 Neighborhood region 141, 151, 241, 251, 341 Dislocation region 160 Optical waveguide region 170 Current distribution 225, 325 Dielectric film for selective growth 311 Underlying seed crystal layer 312 Underlying GaN growth layer

Claims (15)

自励発振動作をする半導体レーザ装置であって、
基板と、
当該基板の上に形成された第1導電型の下地層と、
当該下地層の上に順次形成された、第1導電型のクラッド層、第1導電型のガイド層、活性層、第1導電型とは異なる導電型である第2導電型のガイド層、第2導電型のクラッド層及び第2導電型のコンタクト層によって構成された窒化物半導体からなる積層構造体と、
前記第1導電型のクラッド層に電気的に接続された第1電極と、
前記第2導電型のコンタクト層に電気的に接続された第2電極とを備え、
前記積層構造体は、前記第2電極の下方に領域であって第1の転位密度の領域である第1転位領域と、前記第1の転位密度とは異なる第2の転位密度の領域である第2転位領域とを含み、
前記第2の転位密度が、前記第1の転位密度よりも大きくなるように構成される
半導体レーザ装置。
A semiconductor laser device that performs self-oscillation operation,
A substrate,
A base layer of a first conductivity type formed on the substrate;
A first conductivity type cladding layer, a first conductivity type guide layer, an active layer, a second conductivity type guide layer having a conductivity type different from the first conductivity type, sequentially formed on the underlayer, A laminated structure made of a nitride semiconductor composed of a two-conductivity-type cladding layer and a second-conductivity-type contact layer;
A first electrode electrically connected to the cladding layer of the first conductivity type;
A second electrode electrically connected to the contact layer of the second conductivity type,
The stacked structure includes a first dislocation area which is a region below the second electrode and has a first dislocation density, and a region having a second dislocation density different from the first dislocation density. Including a second dislocation region,
A semiconductor laser device configured such that the second dislocation density is larger than the first dislocation density.
前記積層構造体における光導波路領域は、前記第2電極から注入された電流が前記活性層に流れ込む領域である活性層電流注入領域と、当該活性層電流注入領域とは異なる領域である活性層電流非注入領域とを含み、
前記活性層電流注入領域は、前記第1転位領域を含み、
前記活性層電流非注入領域は、前記第2転位領域を含む
請求項1に記載の半導体レーザ装置。
The optical waveguide region in the stacked structure includes an active layer current injection region where the current injected from the second electrode flows into the active layer, and an active layer current which is a region different from the active layer current injection region. A non-injection region,
The active layer current injection region includes the first dislocation region,
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer current non-injection region includes the second dislocation region.
前記第2転位領域は、前記光導波路領域内に1箇所のみ存在する
請求項2に記載の半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the second dislocation region exists only in one place in the optical waveguide region.
前記第2転位領域は、前記第1転位領域の中心から5μm以内の範囲に存在する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second dislocation region is present within a range of 5 μm from the center of the first dislocation region.
前記第2の転位密度は、1×107/cm2以上である
請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second dislocation density is 1 × 10 7 / cm 2 or more.
前記活性層が、インジウムを含む
請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer contains indium.
前記基板と前記下地層との間に転位制御層を備え、
前記転位制御層は、当該転位制御層の上に形成される層の転位を集中させることができる転位集中可領域を有する
請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
A dislocation control layer is provided between the substrate and the base layer,
7. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the dislocation control layer has a dislocation concentration region in which dislocations of a layer formed on the dislocation control layer can be concentrated.
前記転位制御層は、窒化物半導体が前記基板の主面に対して平行な方向に成長された横方向成長層を有する
請求項7に記載の半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 7, wherein the dislocation control layer includes a laterally grown layer in which a nitride semiconductor is grown in a direction parallel to a main surface of the substrate.
前記横方向成長層が、AlxGa1-xN(0≦x≦1)からなる
請求項8に記載の半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 8, wherein the laterally grown layer is made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1).
前記転位制御層は、複数の凸部を有する下地種結晶層と、前記複数の凸部の凸部間に形成された成長層とを備え、
前記成長層は、向かい合う前記凸部の側面から成長した第1成長層と第2成長層とが接合して形成され、
前記転位集中可領域は、前記第1成長層と前記第2成長層とが接合する領域である
請求項7に記載の半導体レーザ装置。
The dislocation control layer includes an underlayer seed crystal layer having a plurality of protrusions, and a growth layer formed between the protrusions of the plurality of protrusions,
The growth layer is formed by joining a first growth layer and a second growth layer grown from the side surfaces of the convex portions facing each other,
The semiconductor laser device according to claim 7, wherein the dislocation-concentrated region is a region where the first growth layer and the second growth layer are joined.
前記転位制御層は、複数の凸部を有する下地種結晶層と、前記複数の凸部の凸部間に形成された選択成長用膜と、前記下地種結晶層と前記選択成長用膜との上に形成された成長層とを備え、
前記成長層は、前記複数の凸部の上面から成長した第1成長層と第2成長層とが接合して形成され、
前記転位集中可領域は、前記第1成長層と前記第2成長層とが接合する領域である
請求項7に記載の半導体レーザ装置。
The dislocation control layer includes a base seed crystal layer having a plurality of convex portions, a selective growth film formed between the convex portions of the plurality of convex portions, and the base seed crystal layer and the selective growth film. A growth layer formed thereon,
The growth layer is formed by bonding a first growth layer and a second growth layer grown from the upper surfaces of the plurality of convex portions,
The semiconductor laser device according to claim 7, wherein the dislocation-concentrated region is a region where the first growth layer and the second growth layer are joined.
前記基板に複数の凸部が形成されており、
前記転位制御層は、前記複数の凸部の各々について前記凸部の一方の側面に形成された下地種結晶層と、前記複数の凸部の各々について前記凸部の他方の側面に形成された選択成長用膜と、前記下地種結晶層と前記選択成長用膜との上に形成された成長層とを備え、
前記成長層は、複数の前記下地種結晶層のうちの一の下地種結晶層から成長した第1成長層と、前記一の下地種結晶膜とは異なる他の下地種結晶層から成長した第2成長層とが接合して形成され、
前記転位集中可領域は、前記第1成長層と前記第2成長層とが接合する領域である
請求項7に記載の半導体レーザ装置。
A plurality of convex portions are formed on the substrate,
The dislocation control layer is formed on the other side surface of the convex portion with respect to each of the plurality of convex portions, and the base seed crystal layer formed on one side surface of the convex portion with respect to each of the plurality of convex portions. A selective growth film, and a growth layer formed on the underlayer seed crystal layer and the selective growth film,
The growth layer includes a first growth layer grown from one base seed crystal layer of the plurality of base seed crystal layers, and a first growth layer grown from another base seed crystal layer different from the one base seed crystal film. 2 grown layers are joined together,
The semiconductor laser device according to claim 7, wherein the dislocation-concentrated region is a region where the first growth layer and the second growth layer are joined.
前記下地層の一部もしくは全部が、AlxGa1-xN(0≦x≦1)とAlyGa1-yN(0≦y≦1、x≠y)との積層構造からなる
請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
A part or all of the underlayer has a laminated structure of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1, x ≠ y). Item 13. The semiconductor laser device according to any one of Items 1 to 12.
前記基板が、サファイア基板、Si基板又はSiC基板である
請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the substrate is a sapphire substrate, a Si substrate, or a SiC substrate.
前記積層構造体の主面が、半極性又は無極性である
請求項1〜14のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a main surface of the multilayer structure is semipolar or nonpolar.
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WO2023008458A1 (en) * 2021-07-30 2023-02-02 京セラ株式会社 Semiconductor device manufacturing method, template substrate, semiconductor device, electronic equipment, and semiconductor device manufacturing apparatus

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