JP2023039519A - Semiconductor light-emitting element and method of manufacturing semiconductor light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing a semiconductor light emitting device.
半導体レーザの発振波長の安定化を図るため、DFB(Distributed Feedback)構造を用いることがある。
特許文献1には、共振器を形成する一対の端面間に形成された光導波路を有する窒化物半導体の積層構造体と、光導波路を伝播する導波光に結合する回折格子部とを備えた半導体レーザ素子が開示されている。また、同回折格子部は、導波光に対する次数が互いに異なる複数の高次回折格子から成ることが記載されている。
In order to stabilize the oscillation wavelength of a semiconductor laser, a DFB (Distributed Feedback) structure may be used.
しかしながら、特許文献1に開示された構成では、高次回折格子間の相対位置関係やデューティによっては、所望の導波光と高次回折格子の結合係数が得られないことがあった。
However, with the configuration disclosed in
そこで、本発明の目的は、導波光と高次回折格子との間の結合係数を向上させることが可能な半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor light-emitting device and a method of manufacturing a semiconductor light-emitting device capable of improving the coupling coefficient between guided light and high-order diffraction gratings.
本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、第1導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた第2導電型半導体層と、前記活性層を導波する導波光と結合可能な位置に設けられた高次回折格子を備え、前記高次回折格子は、最大公約数が1となり、次数が互いに異なる複数の高次回折格子であって、且つ凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心および凸部と凹部の中心のいずれか少なくとも一つが互いに一致している領域を備える。 According to a semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention, a first conductivity type semiconductor layer, an active layer provided on the first conductivity type semiconductor layer, and a second conductivity type semiconductor layer provided on the active layer a semiconductor layer; and a high-order diffraction grating provided at a position capable of coupling with guided light guided through the active layer, wherein the high-order diffraction grating has a greatest common divisor of 1 and a plurality of high-order diffraction gratings having different orders. It is a diffraction grating of order and has a region where at least one of centers of protrusions and protrusions, centers of recesses and recesses, and centers of protrusions and recesses coincides with each other.
これにより、活性層を導波する導波光の導波方向に回折格子の回折条件を一致させつつ、回折格子の周期を増大させることができる。このため、発振効率の低下を抑制しつつ、発振波長の安定化を図った青紫レーザダイオードを実現できる。更に、回折格子の微細化に伴う製造の困難性を緩和することができる。また、高次回折格子のそれぞれによって形成される定在波の電場の持つエネルギー密度の差を増大させることができ、ストップバンド幅を増大させることができる。このため、高次回折格子のサイドモード抑圧比(SMSR:Side Mode Suppression Ratio)を増大させることができ、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。 As a result, the period of the diffraction grating can be increased while matching the diffraction condition of the diffraction grating with the waveguide direction of the guided light guided through the active layer. Therefore, it is possible to realize a blue-violet laser diode that stabilizes the oscillation wavelength while suppressing a decrease in oscillation efficiency. Furthermore, it is possible to alleviate the difficulty of manufacturing associated with miniaturization of the diffraction grating. In addition, it is possible to increase the difference between the energy densities of the electric fields of the standing waves formed by the respective high-order diffraction gratings, thereby increasing the stop band width. Therefore, the side mode suppression ratio (SMSR: Side Mode Suppression Ratio) of the high-order diffraction grating can be increased, and the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating can be increased.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記第2導電型半導体層は、共振器方向に伸びるリッジを備え、前記複数の高次回折格子は前記共振器方向に沿って前記リッジの両側に設けられている。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention, the second conductivity type semiconductor layer includes a ridge extending in the resonator direction, and the plurality of high-order diffraction gratings extend along the resonator direction. provided on both sides of the ridge.
これにより、リッジ形成工程と同時に回折格子を形成することが可能となり、製造工程の簡易化が図れる。更に、リッジの両側に回折格子を設けることにより、活性層を導波する導波光を効率良く閉じ込めることが可能となる。このため、発光効率の低下を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることが可能となる。 This makes it possible to form the diffraction grating at the same time as the ridge forming process, thereby simplifying the manufacturing process. Furthermore, by providing diffraction gratings on both sides of the ridge, it is possible to efficiently confine the waveguided light that propagates through the active layer. Therefore, it is possible to stabilize the oscillation wavelength while suppressing a decrease in luminous efficiency.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子は、前記リッジの両側のそれぞれに次数の異なる高次回折格子が配置されている。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the plurality of high-order diffraction gratings are arranged with different high-order diffraction gratings on both sides of the ridge.
これにより、次数の異なる高次回折格子を一括形成することができ、工程数の増大を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることができる。 As a result, high-order diffraction gratings of different orders can be collectively formed, and the oscillation wavelength can be stabilized while suppressing an increase in the number of steps.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子は前記活性層の前記第一導電型半導体層側、および/または、前記第二導電型半導体層側に設けられている。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the plurality of high-order diffraction gratings are arranged on the first conductivity type semiconductor layer side and/or the second conductivity type semiconductor layer side of the active layer. is provided.
これにより、高次回折格子と活性層との離間距離を小さくすることが可能となり、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。 As a result, the distance between the high-order diffraction grating and the active layer can be reduced, and the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating can be increased.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子のそれぞれは、共振器方向において前記高次回折格子のそれぞれの周期以上の距離だけ前記活性層の一方の端面から後退している。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention, each of the plurality of high-order diffraction gratings is located in one of the active layers by a distance equal to or greater than the period of each of the high-order diffraction gratings in the resonator direction. It is set back from the end face.
これにより、複数の高次回折格子の凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心および凸部と凹部の中心のいずれか少なくとも一つが一致している領域を設けつつ、複数の高次回折格子の作製を容易化することができる。 As a result, while providing a region where at least one of the convex portions and the centers of the convex portions of the plurality of high-order diffraction gratings, the centers of the concave portions and the centers of the concave portions, and the centers of the convex portions and the concave portions are aligned, a plurality of high-order diffraction gratings are provided. Fabrication of the grid can be facilitated.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子は、結合係数が互いに等しくなるように配置される。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the plurality of high-order diffraction gratings are arranged such that their coupling coefficients are equal to each other.
これにより、DFB構造を形成するために、複数の高次回折格子が用いられる場合においても、導波光と高次回折格子との間の結合係数の低下を抑制することができる。 Thereby, even when a plurality of high-order diffraction gratings are used to form the DFB structure, it is possible to suppress a decrease in the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction gratings.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子のデューティは互いに異なる。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the duties of the plurality of high-order diffraction gratings are different from each other.
これにより、高次回折格子の次数を変えることなく凹凸パターンのみを変更することで、導波光と高次回折格子との間の結合係数の微調整が可能となり、結合係数を最大化することができ、発振波長の更なる安定化を図ることができる。 As a result, by changing only the uneven pattern without changing the order of the high-order diffraction grating, it is possible to finely adjust the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating, thereby maximizing the coupling coefficient. It is possible to further stabilize the oscillation wavelength.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記高次回折格子は位相シフト部を備える。 Moreover, according to the semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention, the high-order diffraction grating includes a phase shift portion.
これにより、劈開位置に応じた特性のばらつきが発生しても位相シフト部が基準となって定在波の位相を制御できるので、回折格子のSMSRを向上させることができ、所望の発振波長の発光効率を向上させることができる。 As a result, the phase of the standing wave can be controlled by using the phase shift portion as a reference even if the characteristics vary depending on the cleavage position. Luminous efficiency can be improved.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記位相シフト部の長さは、Nを自然数(正の整数)、前記高次回折格子の実効屈折率をneff、λをブラッグ波長とすると、前記位相シフト部の長さ=λ/(4・neff)・(2N-1)である。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention, the length of the phase shift portion is such that N is a natural number (positive integer), neff is the effective refractive index of the high-order diffraction grating, and λ is the Bragg wavelength. Then, the length of the phase shift portion=λ/(4·neff)·(2N−1).
これにより、回折格子によって形成される定在波の山と山の端、谷と谷の端または山と谷の端とが一致する位置に位相シフト部を配置することができ、SMSRを向上させることができる。 Accordingly, the phase shift portion can be arranged at a position where the peaks and the edges of the peaks, the edges of the valleys, or the edges of the peaks and the valleys of the standing wave formed by the diffraction grating match, thereby improving the SMSR. can.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記位相シフト部の中心は、前記活性層における反射率が低い方の端面から他方の端面までの距離の60%から80%の間の距離に位置する。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the center of the phase shift portion is between 60% and 80% of the distance from the facet with the lower reflectance to the other facet in the active layer. located at a distance of
これにより、共振器に用いられる二つの端面の反射率が互いに異なる場合においても、SMSRを向上させることが可能となる。結果として、主発光波長に投入されるエネルギーが効率的に利用できレーザ発振時の低閾値化を図ることができ、発振波長の安定化を図りつつ、出力を向上させることができる。 This makes it possible to improve the SMSR even when the reflectances of the two facets used in the resonator are different from each other. As a result, the energy input to the main emission wavelength can be used efficiently, the threshold value can be lowered during laser oscillation, and the output can be improved while stabilizing the oscillation wavelength.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記位相シフト部の中心は、前記複数の高次回折格子間において、反射率が低い方の端面からの距離が互いに等しい。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention, the centers of the phase shift portions are equidistant from the end surface with the lower reflectance among the plurality of high-order diffraction gratings.
これにより、位相シフト部の配置位置を最適化することができ、SMSRを向上させることができる。 This makes it possible to optimize the arrangement position of the phase shifter and improve the SMSR.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記高次回折格子は、その結合係数をκ、前記活性層の共振器長をLとすると、1≦κ・L≦3という関係式を満たす。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention, the high-order diffraction grating has a relationship of 1≦κ·L≦3, where κ is the coupling coefficient and L is the cavity length of the active layer. satisfy the formula.
これにより、半導体発光素子の低閾値化および高効率化を図りつつ、発振波長の安定化を図ることができる。 As a result, it is possible to stabilize the oscillation wavelength while achieving a lower threshold value and a higher efficiency of the semiconductor light emitting device.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記活性層の第1端面の反射率は2%以下、前記活性層の第2端面の反射率は90%以上に設定される。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the reflectance of the first facet of the active layer is set to 2% or less, and the reflectance of the second facet of the active layer is set to 90% or more.
これにより、発振波長の安定化を図った状態で共振器後方に漏れ出す光を低減でき発光効率の低下を抑制することができる。 As a result, it is possible to reduce the amount of light leaking to the rear of the resonator while stabilizing the oscillation wavelength, thereby suppressing a decrease in luminous efficiency.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子は、2次回折格子と3次回折格子とを備え、前記2次回折格子のデューティは0.3、前記3次回折格子のデューティは0.5、前記2次回折格子と前記3次回折格子との間の格子間シフトは0という条件を満たす。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the plurality of high-order diffraction gratings includes a second-order diffraction grating and a third-order diffraction grating, and the duty of the second-order diffraction grating is 0.3. The duty of the third-order diffraction grating is 0.5, and the grating shift between the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating is zero.
このように、高次回折格子のパターンおよび配置位置を適正化することで、導波光と高次回折格子との間の結合係数を最大化することができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることが可能となるとともに、回折格子の微細化に伴う製造の困難性を緩和しつつ、青紫レーザダイオードを実現することができる。 In this way, by optimizing the pattern and arrangement position of the high-order diffraction grating, it is possible to maximize the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating. Therefore, it is possible to stabilize the oscillation wavelength while suppressing an increase in the number of steps, and to realize a blue-violet laser diode while alleviating the difficulty of manufacturing due to miniaturization of the diffraction grating. can.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子は、3次回折格子と5次回折格子とを備え、前記3次回折格子のデューティは0.5、前記5次回折格子のデューティは0.5、前記3次回折格子と前記5次回折格子との間の格子間シフトは0.5という条件、または前記3次回折格子のデューティは0.5、前記5次回折格子のデューティは0.1、前記3次回折格子と前記5次回折格子との間の格子間シフトは0.5という条件、または前記3次回折格子のデューティは0.5、前記5次回折格子のデューティは0.3、前記3次回折格子と前記5次回折格子との間の格子間シフトは0という条件を満たす。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the plurality of high-order diffraction gratings includes a third-order diffraction grating and a fifth-order diffraction grating, and the duty of the third-order diffraction grating is 0.5. the duty of the fifth-order diffraction grating is 0.5 and the grating shift between the third-order diffraction grating and the fifth-order diffraction grating is 0.5; or the duty of the third-order diffraction grating is 0.5; the duty of the fifth-order diffraction grating is 0.1 and the grating shift between the third-order diffraction grating and the fifth-order diffraction grating is 0.5; or the duty of the third-order diffraction grating is 0.5; The duty of the fifth-order diffraction grating is 0.3, and the grating shift between the third-order diffraction grating and the fifth-order diffraction grating is zero.
これにより、1次回折格子を用いた場合に比べて解像限界を3倍以上にすることが可能となるとともに、高次回折格子のパターンおよび配置位置を適正化することで、導波光と高次回折格子との間の結合係数を最大化することができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることが可能となるとともに、回折格子の微細化に伴う製造の困難性を緩和しつつ、青紫レーザダイオードを実現することができる。 As a result, it is possible to increase the resolution limit by more than three times compared to the case of using a first-order diffraction grating. The coupling coefficient between the order gratings can be maximized. Therefore, it is possible to stabilize the oscillation wavelength while suppressing an increase in the number of steps, and to realize a blue-violet laser diode while alleviating the difficulty of manufacturing due to miniaturization of the diffraction grating. can.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記第1導電型半導体層、前記活性層および前記第2導電型半導体層は窒化物半導体から構成される。 Further, according to the semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the first conductivity type semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type semiconductor layer are made of a nitride semiconductor.
これにより、青紫色領域に発光波長を有する半導体レーザダイオードを実現することが可能となる。同構成により例えば、375nm-405nm帯の露光機用の光源や、人体に無害で殺菌を行える波長である222nmの光をSHG(Second harmonic generation)波として発生させる光源(444nm)を実現できる。 This makes it possible to realize a semiconductor laser diode having an emission wavelength in the blue-violet region. With the same configuration, for example, a light source for exposure equipment in the 375 nm to 405 nm band and a light source (444 nm) that generates SHG (Second Harmonic Generation) waves of 222 nm wavelength, which is harmless to the human body and capable of sterilizing, can be realized.
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子の製造方法によれば、第1導電型半導体層上に活性層および第2導電型半導体層を順次積層する工程と、最大公約数が1となり、次数が互いに異なる高次回折格子が両側に設けられたリッジを前記第2導電型半導体層に形成する工程Bとを備え、前記工程Bは、前記高次回折格子の、凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心および凸部と凹部の中心のいずれか少なくとも一つが互いに一致している領域を備えるように前記高次回折格子を形成する。 Further, according to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention, the step of sequentially stacking the active layer and the second conductivity type semiconductor layer on the first conductivity type semiconductor layer, the greatest common divisor being 1, a step B of forming a ridge on both sides of which high-order diffraction gratings of different orders are provided on the second conductivity type semiconductor layer; The high-order diffraction grating is formed to have areas where at least one of the center, the center of the recesses and the center of the recesses, and the center of the protrusions and the recesses coincides with each other.
これにより、リッジの形成と同時にリッジの両側に回折格子を形成することができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、DFB構造を有する屈折率導波型半導体レーザを形成することができる。 Thereby, diffraction gratings can be formed on both sides of the ridge simultaneously with the formation of the ridge. Therefore, a refractive index guided semiconductor laser having a DFB structure can be formed while suppressing an increase in the number of steps.
本発明の一態様においては、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。 In one aspect of the present invention, the coupling coefficient between guided light and higher-order diffraction gratings can be increased.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の構成に必須のものとは限らない。実施形態の構成は、本発明が適用される装置の仕様や各種条件(使用条件、使用環境等)によって適宜修正または変更され得る。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定され、以下の個別の実施形態によって限定されない。また、以下の説明に用いる図面は、各構成を分かり易くするため、実際の構造と縮尺および形状などを異ならせることがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments do not limit the present invention, and not all combinations of features described in the embodiments are essential for the configuration of the present invention. The configuration of the embodiment can be appropriately modified or changed according to the specifications of the device to which the present invention is applied and various conditions (use conditions, use environment, etc.). The technical scope of the present invention is defined by the claims and is not limited by the following individual embodiments. In addition, the drawings used in the following description may differ from the actual structure in terms of scale, shape, etc., in order to make each configuration easier to understand.
また、以下の説明では、波長444nm帯の青色レーザ光を出射可能な窒化物半導体レーザを例にとるが、波長405nm帯の青色レーザ光を出射可能なAlGaInN系半導体レーザであってもよいし、発光波長が390nm以下の紫外レーザ光を出射可能なAlGaN系半導体レーザであってもよい。更には、波長780nm帯の赤外レーザ光を出射可能なAlGaAs系半導体レーザであってもよいし、波長650nm帯の赤色レーザ光を出射可能なAlGaInP系半導体レーザや波長1.55μm帯の通信用レーザ光を出射可能なInGaAsP系半導体レーザであってもよい。 In the following description, a nitride semiconductor laser capable of emitting blue laser light with a wavelength of 444 nm is taken as an example, but an AlGaInN semiconductor laser capable of emitting blue laser light with a wavelength of 405 nm may be used. An AlGaN-based semiconductor laser capable of emitting ultraviolet laser light having an emission wavelength of 390 nm or less may be used. Furthermore, an AlGaAs semiconductor laser capable of emitting infrared laser light in the 780 nm wavelength band, an AlGaInP semiconductor laser capable of emitting red laser light in the 650 nm wavelength band, or a communication laser in the 1.55 μm wavelength band may be used. An InGaAsP-based semiconductor laser capable of emitting laser light may be used.
図1は、第1実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す斜視図、図2(a)は、第1実施形態に係る半導体発光素子のリッジおよび回折格子の構成を示す平面図、図2(b)は、第1実施形態に係る半導体発光素子の構成を共振器方向に直交する方向に沿って切断して示す断面図である。なお、図2(b)は、図2(a)のX1-X1線の位置で切断した構成を示す。また、分かり易さの観点から、図1では、図2(a)の端面反射膜24,25および図2(b)のp型窒化物コンタクト層21および電極22を省略した。
1 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, FIG. 2A is a plan view showing the configuration of the ridge and diffraction grating of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, cut along a direction perpendicular to the resonator direction; FIG. Note that FIG. 2(b) shows a configuration cut along the line X1-X1 in FIG. 2(a). 1, the end
図1、図2(a)および図2(b)において、半導体レーザLAは、n型窒化物半導体層E1、活性層15およびp型窒化物半導体層E2を備える。活性層15は、n型窒化物半導体層E1上に積層されている。p型窒化物半導体層E2は、活性層15上に積層されている。窒化物半導体は、例えば、InxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)という組成を持つことができる。
1, 2(a) and 2(b), the semiconductor laser LA includes an n-type nitride semiconductor layer E1, an
n型窒化物半導体層E1から活性層15への不純物の拡散を抑制するために、n型窒化物半導体層E1と活性層15との間にアンドープ窒化物ガイド層14を設けてもよい。p型窒化物半導体層E2から活性層15への不純物の拡散を抑制するために、p型窒化物半導体層E2と活性層15との間にアンドープ窒化物ガイド層16を設けてもよい。
An undoped
n型窒化物半導体層E1は、n型窒化物クラッド層12およびn型窒化物ガイド層13を備える。n型窒化物クラッド層12およびn型窒化物ガイド層13は、n型窒化物半導体基板11上に順次積層されている。
The n-type nitride semiconductor layer E1 includes an n-type
p型窒化物半導体層E2は、p型キャリアブロック層17、p型窒化物ガイド層18、p型窒化物クラッド層20、20Aおよびp型窒化物コンタクト層21(図2(b)参照)を備える。p型キャリアブロック層17、p型窒化物ガイド層18、p型窒化物クラッド層20、20Aおよびp型窒化物コンタクト層21は、アンドープ窒化物ガイド層16上に順次積層されている。p型窒化物クラッド層20、20Aは、同一材料で構成することができる。
The p-type nitride semiconductor layer E2 includes the p-type
p型窒化物クラッド層20Aは、リッジRA、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3を備える。リッジRAは、活性層15を導波する導波光の導波方向D1に沿って半導体レーザLAの端面MA、MB間に渡って設けられる。このとき、リッジRAは、活性層15を導波する導波光を導波方向D1の横方向D2および縦方向D3に閉じ込めることができる。なお、リッジRA、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3をp型窒化物クラッド層20Aに形成するために、p型窒化物クラッド層20、20A間にエッチストップ層を設けてもよい。
The p-type
活性層15を導波する導波光と結合可能な位置には、最大公約数が1となり、次数が互いに異なる複数の高次回折格子が設けられる。図1および図2(a)の例では、最大公約数が1で次数が互いに異なる複数の高次回折格子として、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3が設けられている。2次回折格子EA2および3次回折格子EA3は、リッジRAの両側に位置する。図2(a)に示した2次回折格子EA2のピッチΛ2は、リッジRAを導波するレーザ光の発振周期の2倍に一致させることができる。3次回折格子EA3のピッチΛ3は、リッジRAを導波するレーザ光の発振周期の3倍に一致させることができる。このとき、2次回折格子EA2には、凹部SB2と凸部ST2が導波方向D1に沿ってピッチΛ2で交互に形成される。3次回折格子EA3には、凹部SB3と凸部ST3が導波方向D1に沿ってピッチΛ3で交互に形成される。
A plurality of high-order diffraction gratings having a greatest common divisor of 1 and having different orders are provided at positions where they can be coupled with guided light traveling through the
ここで、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3はD1方向において、以下のa)からd)のいずれか少なくとも一つが一致している領域を備える。
a)2次回折格子EA2の凸部ST2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心、b)2次回折格子EA2の凹部SB2の中心と3次回折格子EA3の凹部SB3の中心、c)2次回折格子EA2の凸部ST2の中心と3次回折格子EA3の凹部SB3の中心
d)2次回折格子EA2の凹部SB2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心
Here, the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 have regions in which at least one of the following a) to d) is matched in the D1 direction.
a) the center of the protrusion ST2 of the second-order diffraction grating EA2 and the center of the protrusion ST3 of the third-order diffraction grating EA3, b) the center of the recess SB2 of the second-order diffraction grating EA2 and the center of the recess SB3 of the third-order diffraction grating EA3, c) the center of the convex portion ST2 of the second-order diffraction grating EA2 and the center of the concave portion SB3 of the third-order diffraction grating EA3 d) the center of the concave portion SB2 of the second-order diffraction grating EA2 and the center of the convex portion ST3 of the third-order diffraction grating EA3
例えば、これらの2次回折格子EA2と3次回折格子EA3は、2次回折格子EA2の凸部ST2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心が一致する点PC12、PC14を持つ。また本実施例では、2次回折格子EA2の凹部SB2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心が一致する点PC11、PC13が存在する。 For example, the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 have points PC12 and PC14 at which the center of the projection ST2 of the second-order diffraction grating EA2 and the center of the projection ST3 of the third-order diffraction grating EA3 coincide. Also, in this embodiment, there are points PC11 and PC13 where the center of the concave portion SB2 of the second-order diffraction grating EA2 and the center of the convex portion ST3 of the third-order diffraction grating EA3 coincide.
ここで、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3の次数の最大公約数を1とすることにより、活性層15を導波する導波光の共振器方向(以下、導波方向とも称する)D1に回折条件を一致させつつ、1次回折格子に比べて2次回折格子EA2および3次回折格子EA3の周期を増大させることができる。このため、発振効率の低下を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることが可能となる。更には、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3の微細化に伴う製造の困難性を緩和した青紫レーザダイオードを実現することができる。
Here, by setting the greatest common divisor of the orders of the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 to 1, the cavity direction (hereinafter also referred to as the waveguide direction) D1 of the guided light guided through the
すなわち、2次回折格子EA2は、面内(180°)の方向だけでなく、90°の方向にも発光光を回折する。3次回折格子EA3は、面内(180°)の方向の他、約70°の方向と約110°の方向にも発光光を回折する。しかしながら、2次回折格子EA2と3次回折格子EA3の次数の最大公約数は1となるため、これら二つの回折格子による効果が合成されることにより面内(180°)の方向の回折のみ起こり、1次回折格子と同様な効果を得ることができる。 That is, the second-order diffraction grating EA2 diffracts the emitted light not only in the in-plane (180°) direction but also in the 90° direction. The third-order diffraction grating EA3 diffracts emitted light not only in the in-plane (180°) direction but also in the directions of about 70° and about 110°. However, since the greatest common divisor of the orders of the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 is 1, only the diffraction in the in-plane (180°) direction occurs by synthesizing the effects of these two diffraction gratings. , an effect similar to that of the first-order diffraction grating can be obtained.
また、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3の凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心および凸部と凹部の中心のいずれか少なくとも一つが一致している領域を設けることにより、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3によって形成される定在波の電場の持つエネルギー密度の差を増大させることができ、ある領域の光の伝搬を禁止する部分、すなわち特定の定在波と別の定在波との間の光の伝搬が禁止されたスペクトルのバンド幅(ストップバンド幅)を増大させることができる。このため、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3で構成される複数の高次回折格子のSMSRを増大させることができ、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。 In addition, by providing a region where at least one of the center of the projection and the center of the projection of the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3, the center of the recess and the center of the recess, and the center of the projection and the recess are aligned, It is possible to increase the difference in the energy density of the electric field of the standing wave formed by the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3. and another standing wave, the bandwidth of the spectrum where light propagation is prohibited (stop-bandwidth) can be increased. Therefore, the SMSR of a plurality of high-order diffraction gratings composed of the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 can be increased, and the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction gratings can be increased. can be done.
2次回折格子EA2および3次回折格子EA3は、半導体レーザLAの端面MA、MBから後退している。このとき、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3は、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3のそれぞれの周期以上の距離だけ端面MA、MBから共振器方向に後退させることができる。ここで、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3を端面MA、MBから後退させることで、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3の凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心および凸部と凹部の中心のいずれか少なくとも一つが一致している領域を設けつつ、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3の作製を容易化することができる。 The second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 are recessed from the facets MA and MB of the semiconductor laser LA. At this time, the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 can be retreated from the facets MA and MB in the cavity direction by a distance equal to or longer than the period of each of the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3. Here, by retreating the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 from the end surfaces MA and MB, the centers of the projections and the centers of the recesses of the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 It is possible to facilitate fabrication of the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 while providing a region in which at least one of the centers of the projections and the recesses coincides.
なお、回折格子の結合係数をκ、半導体レーザLAの共振器長をLとすると、1≦κ・L≦3という関係式を満たすのが好ましい。これにより、半導体レーザLAの低閾値化および高効率化を図りつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
It is preferable that the
半導体レーザLAのその他の構成としては、図2(b)に示したように、p型窒化物クラッド層20上には、p型窒化物コンタクト層21が積層されている。p型窒化物コンタクト層21は、活性層15に電流を注入する電極22とオーミックコンタクトをとることができる。
As another configuration of the semiconductor laser LA, as shown in FIG. 2B, a p-type
p型窒化物コンタクト層21上には、電極22が形成されている。電極22は、Ni/Auの積層構造とすることができる。Ni/Auの厚さは、例えば、10/100nmに設定することができる。
An
その他各層の構成としては、例えば以下の材料を用いることができる。n型窒化物半導体基板11としてn型GaN基板、n型窒化物クラッド層12としてn型Al0.02Ga0.98N層、n型窒化物ガイド層13としてn型GaN層、を用いることができる。また、アンドープ窒化物ガイド層14としてIn0.02Ga0.99N層を用いることができる。活性層15には、In0.02Ga0.98N障壁層/In0.15Ga0.88N井戸層/In0.02Ga0.98N障壁層からなる単一量子井戸層を用いることができる。また、アンドープ窒化物ガイド層16にはIn0.02Ga0.99N層を用いることができる。更には、p型キャリアブロック層17としてp型Al0.22Ga0.78N層、p型窒化物ガイド層18としてp型GaN層、p型窒化物クラッド層20としてp型Al0.02Ga0.98N層、p型窒化物コンタクト層21としてp型GaN層をそれぞれ用いることができる。
As for other structures of each layer, for example, the following materials can be used. Using an n-type GaN substrate as the n-type
n型窒化物クラッド層12の厚さは、例えば、700nm、ドナー濃度NDは、1×1017cm-3に設定することができる。n型窒化物ガイド層13の厚さは、例えば、50nm、ドナー濃度NDは、1×1017cm-3に設定することができる。アンドープ窒化物ガイド層14の厚さは、例えば、136nmに設定することができる。活性層15の量子井戸層の障壁層/井戸層/障壁層の厚さは、例えば、10/9/10nmに設定することができる。アンドープ窒化物ガイド層16の厚さは、例えば、135nmに設定することができる。p型キャリアブロック層17の厚さは、例えば、4nm、アクセプタ濃度NAは、1×1018cm-3に設定することができる。p型窒化物ガイド層18の厚さは、例えば、150nm、アクセプタ濃度NAは、1×1018cm-3に設定することができる。p型窒化物クラッド層20の厚さは、例えば、700nm、アクセプタ濃度NAは、1×1018cm-3に設定することができる。p型窒化物コンタクト層21の厚さは、例えば、60nm、アクセプタ濃度NAは、1×1018cm-3に設定することができる。
The thickness of the n-type
半導体レーザLAの各端面MA、MBには、図2(a)に示すように、端面反射膜24、25が形成されている。このとき、端面MAの反射率は2%以下、端面MBの反射率は90%以上に設定するのが好ましい。これにより、発振波長の安定化を図った状態で共振器後方に漏れ出す光を低減でき半導体レーザLAの発光効率の低下を抑制しつつ、半導体レーザLAの特性のばらつきを低減することができる。
As shown in FIG. 2A,
このとき、端面反射膜24は、AlN/SiO2の積層構造とすることができる。AlN/SiO2の厚さは、例えば、30/300nmに設定することができる。端面反射膜25は、AlN/(SiO2/Ta2O5)6/SiO2の積層構造とすることができる。ここで(SiO2/Ta2O5)6は、SiO2/Ta2O5の6層の多層膜を表している。AlN/(SiO2/Ta2O5)6/SiO2の厚さは、例えば、30/(60/40)×6/10nmに設定することができる。
At this time, the
この半導体レーザLAは、222nmのSHG波を発生させる光源として用いることができる。半導体レーザLAから放射する444nmのレーザ光を222nmのSHG波に変換する波長変換素子と組み合わせることで実現できる。これにより、222nmの紫外線を発生させるKrClエキシマランプを代替することができる。 This semiconductor laser LA can be used as a light source for generating SHG waves of 222 nm. It can be realized by combining with a wavelength conversion element that converts the 444 nm laser light emitted from the semiconductor laser LA into the 222 nm SHG wave. This can replace the KrCl excimer lamp that generates ultraviolet rays of 222 nm.
図3(a)は、図2(a)の右側に形成された回折格子EA2の光導波路方向の位置に対する屈折率分布を示し、図3(b)は、同様に回折格子EA3の屈折率分布を示す図である。また、図3(c)は図3(a)に対応し、図3(d)は図3(b)に対応した第1実施形態に係る半導体発光素子の導波路方向の位置に対する共振器に形成される定在波の位相と振幅の関係を示す図である。 FIG. 3(a) shows the refractive index distribution of the diffraction grating EA2 formed on the right side of FIG. 2(a) with respect to the position in the optical waveguide direction. It is a figure which shows. 3(c) corresponds to FIG. 3(a), and FIG. 3(d) shows the position of the resonator in the waveguide direction of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment corresponding to FIG. 3(b). It is a figure which shows the relationship of the phase of the standing wave to be formed, and amplitude.
図3(a)および図3(b)では、図2(a)の2次回折格子EA2の周期(ピッチ:Λ2)を178.3nm、デューティを0.2と設定した。また、3次回折格子EA3の周期(ピッチ:Λ3)を267.5nm、デューティを0.2に設定した。このとき、図3(a)は、2次回折格子EA2の導波方向D1の屈折率分布、図3(b)は、3次回折格子EA3の導波方向D1の屈折率分布を示す。なお、デューティは、回折格子の1周期内の幅に対する凸部の幅の割合である。 In FIGS. 3A and 3B, the period (pitch: Λ2) of the second-order diffraction grating EA2 in FIG. 2A is set to 178.3 nm, and the duty is set to 0.2. Also, the period (pitch: Λ3) of the third-order diffraction grating EA3 was set to 267.5 nm, and the duty was set to 0.2. At this time, FIG. 3(a) shows the refractive index distribution of the second-order diffraction grating EA2 in the waveguide direction D1, and FIG. 3(b) shows the refractive index distribution of the third-order diffraction grating EA3 in the waveguide direction D1. Note that the duty is the ratio of the width of the convex portion to the width within one period of the diffraction grating.
図3(a)および図3(b)において、これらの2次回折格子EA2と3次回折格子EA3は、2次回折格子EA2の凸部ST2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心が一致する点PC12、PC14が存在する。また、2次回折格子EA2の凹部SB2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心が一致する点PC11、PC13が存在する。このとき、同じ波長であっても、回折格子に対する定在波VE1、VE2の導波方向D1の位置によって電場Eのエネルギー密度u=1/2εE2が異なる。εは、電場Eが形成される媒質の屈折率である。定在波VE1、VE2のエネルギー密度uの差がストップバンド幅に相当する。このとき、2次回折格子EA2の凸部ST2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心が一致する点PC12、PC14と、2次回折格子EA2の凹部SB2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心が一致する点PC11、PC13では、定在波VE1、VE2間の振幅の差分が増大し、定在波VE1、VE2のエネルギー密度uの差が増大する。このため、2次回折格子EA2の凸部ST2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心が一致する点PC12、PC14と、2次回折格子EA2の凹部SB2の中心と3次回折格子EA3の凸部ST3の中心が一致する点PC11、PC13を設けることにより、ストップバンド幅を増大させることができ、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。 3(a) and 3(b), the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating EA3 are located at the center of the projection ST2 of the second-order diffraction grating EA2 and the projection ST3 of the third-order diffraction grating EA3. There are points PC12 and PC14 with coincident centers. Further, there are points PC11 and PC13 where the center of the concave portion SB2 of the second-order diffraction grating EA2 and the center of the convex portion ST3 of the third-order diffraction grating EA3 coincide. At this time, even if the wavelength is the same, the energy density u=1/2εE2 of the electric field E differs depending on the position in the waveguide direction D1 of the standing waves VE1 and VE2 with respect to the diffraction grating. ε is the refractive index of the medium in which the electric field E is created. The difference in energy density u between the standing waves VE1 and VE2 corresponds to the stopband width. At this time, points PC12 and PC14 at which the center of the convex portion ST2 of the second-order diffraction grating EA2 and the center of the convex portion ST3 of the third-order diffraction grating EA3 coincide with the points PC12 and PC14, and the center of the concave portion SB2 of the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating At points PC11 and PC13 where the centers of the protrusions ST3 of EA3 coincide, the difference in amplitude between the standing waves VE1 and VE2 increases, and the difference in energy density u between the standing waves VE1 and VE2 increases. For this reason, points PC12 and PC14 at which the center of the convex portion ST2 of the second-order diffraction grating EA2 and the center of the convex portion ST3 of the third-order diffraction grating EA3 match, and the center of the concave portion SB2 of the second-order diffraction grating EA2 and the third-order diffraction grating By providing the points PC11 and PC13 at which the centers of the projections ST3 of EA3 coincide, the stop band width can be increased, and the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating can be increased.
図4は、複数の回折格子の相対的位置関係を変化させる場合に調整できるパラメータを図2に示した2次回折格子と3次回折格子を例に示す屈折率と導波方向の位置との関係図である。
図4において、2次回折格子と3次回折格子の凹凸の相対的位置関係には無数の選び方がある。2次回折格子と3次回折格子の凹凸の相対的位置関係を変化させる場合、2次回折格子と3次回折格子との間の格子間シフトFKを変化させてもよいし、2次回折格子のデューティDY2を変化させてもよいし、3次回折格子のデューティDY3を変化させてもよいし、これらの変化を組み合わせてもよい。なお、格子間シフトFKとは、2次回折格子と3次回折格子との間の共振器端面からの物理的距離のズレであって、この格子間シフトによって共振器中に形成される波の位相のずれを形成するものである。
FIG. 4 shows parameters that can be adjusted when changing the relative positional relationship of a plurality of diffraction gratings, showing the refractive index and the position in the waveguiding direction, exemplifying the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating shown in FIG. It is a relationship diagram.
In FIG. 4, there are countless ways to select the relative positional relationship between the unevenness of the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating. When changing the relative positional relationship between the unevenness of the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating, the inter-grating shift FK between the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating may be changed. may be changed, the duty DY3 of the third-order diffraction grating may be changed, or these changes may be combined. The intergrating shift FK is the deviation of the physical distance from the cavity facet between the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating. It forms a phase shift.
図5Aは、第1実施形態に係る半導体発光素子の回折格子のデューティを変化させたときの格子間シフトとストップバンド幅の関係を示す図である。なお、格子間シフトとストップバンド幅の単位は、a.u.(Arbitraty Unit)である。
図5Aにおいて、2次回折格子のデューティDY2と3次回折格子のデューティDY3を同じ値としたときに、格子間シフトFKを0.1~0.5の間で変化させた場合のストップバンド幅を見積もった。ここで、2次回折格子のデューティDY2と3次回折格子のデューティDY3は、◆印が0.1の場合、■印が0.2の場合、▲印が0.3の場合、×印が0.4の場合米印が0.5の場合を示している。
FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the intergrating shift and the stop band width when the duty of the diffraction grating of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment is changed. Note that the unit of the interstitial shift and the stopband width is a. u. (Arbitration Unit).
In FIG. 5A, when the duty DY2 of the second-order diffraction grating and the duty DY3 of the third-order diffraction grating are set to the same value, the stop band width when the grating shift FK is changed between 0.1 and 0.5 estimated. Here, the duty DY2 of the 2nd-order diffraction grating and the duty DY3 of the 3rd-order diffraction grating are as follows: In the case of 0.4, the asterisk indicates the case of 0.5.
この結果から、複数の回折格子の相対的位置関係によって、ストップバンド幅が変化することが判った。今回の見積もりでは、2次回折格子のデューティDY2と3次回折格子のデューティDY3が0.2かつ格子間シフトFKが0.5のときに最も大きいストップバンド値が得られた。 From this result, it was found that the stop band width changes depending on the relative positional relationship of the plurality of diffraction gratings. In this estimate, the largest stopband value was obtained when the duty DY2 of the second-order diffraction grating and the duty DY3 of the third-order diffraction grating were 0.2 and the inter-grating shift FK was 0.5.
図5Bは、第1実施形態に係る半導体発光素子のストップバンド幅の最大化方法を示す図である。
図5Bにおいて、2次回折格子のデューティDY2と3次回折格子のデューティDY3をそれぞれ変化させた場合、2次回折格子のデューティDY2が0.3かつ3次回折格子のデューティDY3が0.5かつ格子間シフトFKが0のとき、2次回折格子のデューティDY2と3次回折格子のデューティDY3をそれぞれ0.2と同じ値にした場合に比べて、さらに大きなストップバンド幅が得られることが判った。
FIG. 5B is a diagram showing a method of maximizing the stopband width of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment;
In FIG. 5B, when the duty DY2 of the second-order diffraction grating and the duty DY3 of the third-order diffraction grating are changed respectively, the duty DY2 of the second-order diffraction grating is 0.3, the duty DY3 of the third-order diffraction grating is 0.5, and the duty DY3 of the third-order diffraction grating is 0.5. When the intergrating shift FK is 0, it is found that a larger stop band width can be obtained than when the duty DY2 of the second-order diffraction grating and the duty DY3 of the third-order diffraction grating are each set to the same value of 0.2. rice field.
図6(a1)、図6(b1)、図7(a1)および図7(b1)は、第2実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図である。また、図6(a2)、図6(b2)、図7(a2)および図7(b2)は、図6(a1)、図6(b1)、図7(a1)および図7(a1)のA1-A1断面図である。この第2実施形態は、図2(b)の半導体レーザLAの製造に適用することができる。ただし、この第2実施形態では、図2(b)のp型窒化物コンタクト層21は省略した。
6(a1), 6(b1), 7(a1) and 7(b1) are plan views showing an example of the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the second embodiment. 6(a2), FIG. 6(b2), FIG. 7(a2) and FIG. 7(b2) correspond to FIG. 6(a1), FIG. 6(b1), FIG. 7(a1) and FIG. 7(a1) 1 is an A1-A1 cross-sectional view of FIG. This second embodiment can be applied to the manufacture of the semiconductor laser LA of FIG. 2(b). However, in this second embodiment, the p-type
図6(a1)および図6(a2)において、エピタキシャル成長によって、n型窒化物クラッド層12、n型窒化物ガイド層13、アンドープ窒化物ガイド層14、活性層15、アンドープ窒化物ガイド層16、p型キャリアブロック層17、p型窒化物ガイド層18およびp型窒化物クラッド層20、20Aをn型窒化物半導体基板11上に順次積層する。エピタキシャル成長は、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)であってもよいし、MBE(Molecular Beam Epitaxy)であってもよいし、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)であってもよい。
6(a1) and 6(a2), by epitaxial growth, an n-type
次に、図6(b1)および図6(b2)に示すように、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)またはスパッタなどの方法によって、マスク材をp型窒化物クラッド層20A上に積層する。そして、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、マスク材をパターニングし、図2(a)のリッジRA、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3に対応するマスクパターン26をp型窒化物クラッド層20A上に形成する。なお、マスクパターン26は、例えば、膜厚が300nmのSiO-2膜を用いることができる。
Next, as shown in FIGS. 6(b1) and 6(b2), a mask material is deposited on the p-type
次に、図7(a1)および図7(a2)に示すように、マスクパターン26を介してp型窒化物クラッド層20Aをエッチングすることにより、マスクパターン26をp型窒化物クラッド層20A上に転写する。これにより、p型窒化物クラッド層20AからなるリッジRA、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3をp型窒化物クラッド層20上に形成する。そして、図7(b1)および図7(b2)に示すように、p型窒化物クラッド層20A上のマスクパターン26を除去する。なお、リッジRA、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3の高さは、例えば、500nmとした。2次回折格子EA2の周期は178.3nm、3次回折格子EA3の周期は267.5nmとした。
Next, as shown in FIGS. 7(a1) and 7(a2), by etching the p-type
次に、プラズマCVDなどの方法にてウェハ上の全面を覆うように絶縁膜を形成する。この絶縁膜は、例えば、膜厚が300nmのSiO-2膜を用いることができる。そして、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、リッジRA上の絶縁膜を除去し、Niの膜厚が10nmAuの膜厚が100nmのNi/Auからなる電極22をリッジRA上に形成する。さらに、その上にTi/Pt/Auからなる電極を形成する。例えば、Ti/Pt/Auからなる電極の膜厚は100/50/300nmである。以上のようにして作成したウェハから、例えば、共振器長L=3000umのレーザチップを劈開工程などによって切り出す。その後、レーザチップの端面MAに反射率2%以下のARコートを施し、レーザチップの端面MBに反射率90%以上のHRコートを施す。
Next, an insulating film is formed to cover the entire surface of the wafer by a method such as plasma CVD. A 300 nm-thickness SiO- 2 film, for example, can be used as this insulating film. Then, the insulating film on the ridge RA is removed by photolithography and dry etching, and an
図8は、第3実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。
図8において、半導体レーザLBは、図2(a)の半導体レーザLAのリッジRA、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3の代わりにリッジRB、2次回折格子EB2および3次回折格子EB3を備える。半導体レーザLBのそれ以外の構成は、半導体レーザLAと同様に構成することができる。
FIG. 8 is a plan view showing the configuration of a semiconductor light emitting device according to the third embodiment.
In FIG. 8, the semiconductor laser LB has a ridge RB, a second-order diffraction grating EB2 and a third-order diffraction grating EB3 instead of the ridge RA, second-order diffraction grating EA2 and third-order diffraction grating EA3 of the semiconductor laser LA in FIG. Prepare. Other configurations of the semiconductor laser LB can be configured in the same manner as the semiconductor laser LA.
2次回折格子EB2および3次回折格子EB3は、導波方向D1の位置PC1では、2次回折格子EB2の凸部の中心と3次回折格子EB3の凸部の中心が一致している。また、導波方向D1の位置PC2では、2次回折格子EB2の凸部の中心と3次回折格子EB3の凹部の中心が一致している。更に、導波方向D1の位置PC3では、2次回折格子EB2の凹部の中心と3次回折格子EB3の凸部の中心が一致する。なお、図8においては、白色部分が紙面垂直方向に凸となる部分であり、色付き部分は回折格子における凹部であって、その他の表面と同じ高さになる部分である。 In the second-order diffraction grating EB2 and the third-order diffraction grating EB3, the center of the projection of the second-order diffraction grating EB2 and the center of the projection of the third-order diffraction grating EB3 are aligned at the position PC1 in the waveguide direction D1. Also, at the position PC2 in the waveguide direction D1, the center of the convex portion of the second-order diffraction grating EB2 and the center of the concave portion of the third-order diffraction grating EB3 are aligned. Furthermore, at the position PC3 in the waveguide direction D1, the center of the concave portion of the second-order diffraction grating EB2 coincides with the center of the convex portion of the third-order diffraction grating EB3. In FIG. 8, white portions are convex portions in the direction perpendicular to the plane of the paper, and colored portions are concave portions in the diffraction grating, which are at the same height as the other surfaces.
これにより、2次回折格子EB2および3次回折格子EB3によって形成される定在波の電場の持つエネルギー密度の差を増大させることができ、ストップバンド幅を増大させることができる。このため、2次回折格子EB2および3次回折格子EB3で構成される複数の高次回折格子のSMSRを増大させることができ、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。 As a result, the difference in energy density of the standing wave electric field formed by the second-order diffraction grating EB2 and the third-order diffraction grating EB3 can be increased, and the stop band width can be increased. Therefore, the SMSR of a plurality of high-order diffraction gratings composed of the second-order diffraction grating EB2 and the third-order diffraction grating EB3 can be increased, and the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction gratings can be increased. can be done.
図9(a)および図9(b)は、第4実施形態の半導体発光素子における回折格子の屈折率分布を示す。図9(c)および図9(d)は、第4実施形態の半導体発光素子における共振器に形成される定在波の位相と振幅の関係を示す図である。なお、この第4実施形態では、図3の2次回折格子および3次回折格子の組み合わせの代わりに、3次回折格子と5次回折格子の組み合わせを用いた。 9(a) and 9(b) show the refractive index distribution of the diffraction grating in the semiconductor light emitting device of the fourth embodiment. 9(c) and 9(d) are diagrams showing the relationship between the phase and amplitude of the standing wave formed in the resonator in the semiconductor light emitting device of the fourth embodiment. In addition, in this fourth embodiment, a combination of a third-order diffraction grating and a fifth-order diffraction grating is used instead of the combination of the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating in FIG.
図9(a)および図9(b)において、3次回折格子のピッチは、レーザ光の発振周期の3倍に一致させることができる。5次回折格子のピッチは、レーザ光の発振周期の5倍に一致させることができる。また、3次回折格子と5次回折格子の組み合わせの場合においても、これらの回折格子の次数の最大公約数は1となるため、面内(180°)の方向の回折のみ起こる。このため、1次回折格子と同様な効果を得ることができる。 In FIGS. 9A and 9B, the pitch of the third-order diffraction grating can be matched to three times the oscillation period of the laser light. The pitch of the fifth-order diffraction grating can be matched to five times the oscillation period of the laser light. Also, in the case of a combination of the 3rd order diffraction grating and the 5th order diffraction grating, the greatest common divisor of the orders of these diffraction gratings is 1, so that only diffraction occurs in the in-plane (180°) direction. Therefore, an effect similar to that of the first-order diffraction grating can be obtained.
3次回折格子と5次回折格子の組み合わせでは、3次回折格子の凸部の中心と5次回折格子の凹部の中心が一致している点PC21、PC23とが有る。また、3次回折格子の凹部の中心と5次回折格子の凸部の中心が一致している点PC22、PC24がある。このとき、3次回折格子の凸部の中心と5次回折格子の凹部の中心が一致している点PC21、PC23と、3次回折格子の凹部の中心と5次回折格子の凸部の中心が一致している点PC22、PC24では、定在波VE3、VE4間の振幅の差分が増大し、定在波VE3、VE4のエネルギー密度uの差が増大する。このような点PC21、PC23と、点PC22、PC24を設けることにより、ストップバンド幅を増大させることができ、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。 In the combination of the 3rd-order diffraction grating and the 5th-order diffraction grating, there are points PC21 and PC23 at which the centers of the projections of the 3rd-order diffraction grating and the centers of the recesses of the 5th-order diffraction grating coincide. Further, there are points PC22 and PC24 where the center of the concave portion of the third-order diffraction grating and the center of the convex portion of the fifth-order diffraction grating are aligned. At this time, points PC21 and PC23 where the centers of the convex portions of the third-order diffraction grating and the centers of the concave portions of the fifth-order diffraction grating are aligned, and the center of the concave portions of the third-order diffraction grating and the center of the convex portions of the fifth-order diffraction grating are matched, the difference in amplitude between the standing waves VE3 and VE4 increases, and the difference in energy density u between the standing waves VE3 and VE4 increases. By providing such points PC21, PC23 and points PC22, PC24, the stop band width can be increased, and the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating can be increased.
図10は、第4実施形態に係る半導体発光素子に対する回折格子のデューティを変化させたときの格子間シフトとストップバンド幅の関係を示す図である。
図10では、3次回折格子のデューティと5次回折格子のデューティを同じ値としたときに、格子間シフトを0.1~0.5の間で変化させた場合のストップバンド幅を見積もった。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the intergrating shift and the stop band width when the duty of the diffraction grating for the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment is changed.
In FIG. 10, the stop band width is estimated when the shift between gratings is changed between 0.1 and 0.5 when the duty of the 3rd order diffraction grating and the duty of the 5th order diffraction grating are the same value. .
この結果から、複数の回折格子の相対的位置関係によって、ストップバンド幅が変化することが判る。今回の見積もりでは、3次回折格子のデューティと5次回折格子のデューティが0.5かつ格子間シフトが0.5のときに最も大きいストップバンド値が得られた。 From this result, it can be seen that the stop band width changes depending on the relative positional relationship of the plurality of diffraction gratings. In this estimation, the largest stopband value was obtained when the duty of the third-order diffraction grating and the duty of the fifth-order diffraction grating were 0.5 and the shift between gratings was 0.5.
なお、3次回折格子のデューティと5次回折格子のデューティは、互いに異なっていてもよい。 Note that the duty of the third-order diffraction grating and the duty of the fifth-order diffraction grating may be different from each other.
図11は、第5実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。
図11において、半導体レーザLCは、図8の半導体レーザLBのリッジRB、2次回折格子EB2および3次回折格子EB3の代わりにリッジRC、2次回折格子EC2および3次回折格子EC3を備える。半導体レーザLCのそれ以外の点は、図8の半導体レーザLBと同様に構成することができる。
FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment.
In FIG. 11, the semiconductor laser LC includes a ridge RC, second-order diffraction grating EC2 and third-order diffraction grating EC3 instead of the ridge RB, second-order diffraction grating EB2 and third-order diffraction grating EB3 of the semiconductor laser LB in FIG. Other points of the semiconductor laser LC can be configured in the same manner as the semiconductor laser LB in FIG.
2次回折格子EC2には位相シフト部SF2が設けられ、3次回折格子EC3には位相シフト部SF3が設けられる。このとき、レーザチップの端面MAに反射率1%以下のARコートを施し、レーザチップの端面MBに反射率95%以上のHRコートを施した。なお、位相シフト部は、各回折格子の一部を欠落させることで各回折格子で形成された定在波の位相の微小なシフトを可能にし、全体として安定した位相を形成するものである。 The second-order diffraction grating EC2 is provided with a phase shift portion SF2, and the third-order diffraction grating EC3 is provided with a phase shift portion SF3. At this time, an AR coating with a reflectance of 1% or less was applied to the end face MA of the laser chip, and an HR coating with a reflectance of 95% or more was applied to the end face MB of the laser chip. The phase shift section makes it possible to slightly shift the phase of the standing wave formed by each diffraction grating by removing a part of each diffraction grating, thereby forming a stable phase as a whole.
ここで、半導体レーザLCの劈開位置に応じて特性がばらつく。このとき、2次回折格子EC2に位相シフト部SF2を設け、3次回折格子EC3に位相シフト部SF3を設けることにより、位相シフト部が基準となって定在波の位相を制御できる。これにより、劈開位置に応じた特性のばらつきに対応しつつ、回折格子のSMSRを向上させることができ、所望の発振波長の発光効率を向上させることができる。 Here, the characteristics vary according to the cleavage position of the semiconductor laser LC. At this time, by providing the second-order diffraction grating EC2 with the phase shift part SF2 and the third-order diffraction grating EC3 with the phase shift part SF3, the phase of the standing wave can be controlled using the phase shift parts as a reference. As a result, it is possible to improve the SMSR of the diffraction grating and improve the luminous efficiency of the desired oscillation wavelength while coping with the variation in characteristics depending on the cleavage position.
このような位相シフト分布帰還型の半導体レーザLCでは、以下の理由により、位相シフト部SF2、SF3がない回折格子を持つ半導体レーザLBと比較して、より大きなSMSRが得やすくなる。更に、閾値利得を下げることができ、窒化物半導体発光素子の特性をより向上させることができる。 Such a phase shift distributed feedback semiconductor laser LC can easily obtain a larger SMSR than a semiconductor laser LB having a diffraction grating without phase shift portions SF2 and SF3 for the following reasons. Furthermore, the threshold gain can be lowered, and the characteristics of the nitride semiconductor light emitting device can be further improved.
各位相シフト部SF2、SF3の中心は、反射率が低い方の端面MAから端面MA、MB間の距離(L1+L2)の60%から80%の間の距離L1に位置するのが好ましい。特に、端面MAから各位相シフト部SF2、SF3の中心までの距離L1は、端面MA、MB間の距離(L1+L2)の70%(L1:L2=7:3)に設定するのが好ましい。これにより、2次回折格子EC2および3次回折格子EC3によって形成される定在波の山と山の端、谷と谷の端または山と谷の端と一致する位置に各位相シフト部SF2、SF3を配置することができ、SMSRを向上させることができる。 The center of each phase shift portion SF2, SF3 is preferably positioned at a distance L1 between 60% and 80% of the distance (L1+L2) between the facets MA with lower reflectance and the facets MA, MB. In particular, the distance L1 from the facet MA to the center of each phase shift portion SF2, SF3 is preferably set to 70% (L1:L2=7:3) of the distance (L1+L2) between the facets MA, MB. As a result, the phase shift portions SF2 and SF3 are arranged at positions corresponding to the edges of the peaks, the edges of the valleys, or the edges of the peaks and valleys of the standing wave formed by the second-order diffraction grating EC2 and the third-order diffraction grating EC3. can be deployed and can improve SMSR.
また、Nを自然数(正の整数)、回折格子の実効屈折率をneff、λをブラッグ波長とすると、位相シフト部の長さはλ/(4・neff)・(2N-1)の式を満たすことが好ましい。例えば、λ=444nm、neff=2.49である場合、位相シフト部の共振器方向の長さを222.9nmに設定することができる。これにより、回折格子によって形成される定在波の山と山の端、谷と谷の端または山と谷の端と一致する位置に位相シフト部を配置することができ、SMSRを向上させることができる。 Further, when N is a natural number (positive integer), neff is the effective refractive index of the diffraction grating, and λ is the Bragg wavelength, the length of the phase shift portion is given by the formula λ/(4·neff)·(2N−1). preferably fulfilled. For example, when λ=444 nm and neff=2.49, the length of the phase shift portion in the resonator direction can be set to 222.9 nm. Thereby, the phase shift portions can be arranged at positions corresponding to the edges of the peaks, the edges of the valleys, or the edges of the peaks and the valleys of the standing wave formed by the diffraction grating, and the SMSR can be improved. .
図12は、第6実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。
図12において、半導体レーザLDは、図8の半導体レーザLBのリッジRB、2次回折格子EB2および3次回折格子EB3の代わりにリッジRD、2次回折格子ED2、ED2´および3次回折格子ED3、ED3´を備える。半導体レーザLDのそれ以外の点は、図8の半導体レーザLBと同様に構成することができる。
FIG. 12 is a plan view showing the configuration of a semiconductor light emitting device according to the sixth embodiment.
In FIG. 12, the semiconductor laser LD has a ridge RD, second-order diffraction gratings ED2, ED2' and third-order diffraction gratings ED3 instead of the ridge RB, second-order diffraction gratings EB2 and third-order diffraction gratings EB3 of the semiconductor laser LB in FIG. , ED3′. Other points of the semiconductor laser LD can be configured in the same manner as the semiconductor laser LB in FIG.
2次回折格子ED2、ED2´および3次回折格子ED3、ED3´は、導波方向D1に沿ってリッジRDの両側に位置する。このとき、3次回折格子ED3、ED3´は、2次回折格子ED2、ED2´よりもリッジRDの近くに配置されている。これにより、高次回折格子を発光する光の分布のより近くに配置し、低次回折格子を光分布のより遠くに配置している。このため、低次回折格子の結合係数と高次回折格子の結合係数を概ね同じ大きさにすることができ、発光光を180°方向に効率的に回折させることができる。 Second-order gratings ED2, ED2' and third-order gratings ED3, ED3' are located on both sides of ridge RD along waveguide direction D1. At this time, the third-order diffraction gratings ED3 and ED3' are arranged closer to the ridge RD than the second-order diffraction gratings ED2 and ED2'. This places the higher order gratings closer to the emitted light distribution and the lower order gratings further away from the light distribution. Therefore, the coupling coefficient of the low-order diffraction grating and the coupling coefficient of the high-order diffraction grating can be made substantially the same, and the emitted light can be efficiently diffracted in the 180° direction.
図13は、回折格子の高さと結合係数との関係を示す図である。
図13において、非特許文献(IEEE J.Quantum Electron.QE-11,p867,1975)によると、次数が大きくなるに従って同じ回折格子の高さでも結合係数が小さくなる。この文献に示される方法と同様な方法によって、TEモードかつ矩形回折格子の場合について、次数の異なる回折格子の結合係数を見積もった。その結果、図13に示すように次数(図中の“m”で表される数字)が大きくなるに従って、同じ回折格子の高さでも結合係数が小さくなることが判る。ここで、結合係数の見積もりの際に用いた屈折率は、n1=2.48、n2=2.49、n3=2.48とした。また、この文献の方法と共通な変数として、ガイド層厚みt=3μm、発振波長λ=444nm、デューティ=0.4とした。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the height of the diffraction grating and the coupling coefficient.
In FIG. 13, according to a non-patent document (IEEE J. Quantum Electron. QE-11, p867, 1975), the coupling coefficient decreases as the order increases even if the height of the diffraction grating is the same. Coupling coefficients of diffraction gratings of different orders were estimated for the case of TE mode and rectangular diffraction grating by a method similar to that shown in this document. As a result, as shown in FIG. 13, as the order (number represented by "m" in the figure) increases, the coupling coefficient decreases even if the height of the diffraction grating is the same. Here, the refractive indices used for estimating the coupling coefficient were n 1 =2.48, n 2 =2.49, and n 3 =2.48. Further, as variables common to the method of this document, the guide layer thickness t=3 μm, the oscillation wavelength λ=444 nm, and the duty=0.4.
図14(a)は、第7実施形態に係る半導体発光素子の構成を共振器方向に直交する方向に沿って切断して示す断面図、図14(b)は、第7実施形態に係る半導体発光素子の構成を共振器方向に沿って切断して示す断面図である。
図14(a)および図14(b)において、半導体レーザLEは、図2(a)の半導体レーザLAのリッジRA、2次回折格子EA2および3次回折格子EA3の代わりにリッジRE、2次回折格子EE2および3次回折格子EE3を備える。半導体レーザLEのそれ以外の構成は、半導体レーザLAと同様に構成することができる。
FIG. 14(a) is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment cut along a direction perpendicular to the resonator direction, and FIG. 14(b) is a semiconductor device according to the seventh embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a light-emitting element cut along the resonator direction;
14(a) and 14(b), the semiconductor laser LE has a ridge RE instead of the ridge RA, second-order diffraction grating EA2 and third-order diffraction grating EA3 of the semiconductor laser LA in FIG. It has a diffraction grating EE2 and a third-order diffraction grating EE3. Other configurations of the semiconductor laser LE can be configured in the same manner as the semiconductor laser LA.
2次回折格子EE2は、活性層15に対して第1導電型半導体層側に位置し、3次回折格子EE3は、活性層15に対して第2導電型半導体層側位置する。このとき、2次回折格子EE2は、n型窒化物クラッド層12上のn型窒化物クラッド層12Aに形成することができる。n型窒化物クラッド層12、12Aは、同一材料で一体的に形成することができる。2次回折格子EE2は、n型窒化物ガイド層13で覆うことができる。3次回折格子EE3は、p型窒化物ガイド層18上のp型窒化物ガイド層18Aに形成することができる。p型窒化物ガイド層18、18Aは、同一材料で一体的に形成することができる。3次回折格子EE3は、p型窒化物クラッド層20で覆うことができる。
The second-order diffraction grating EE2 is located on the first-conductivity-type semiconductor layer side with respect to the
このとき、導波方向D1の位置PC31では、2次回折格子EE2の凸部の中心と3次回折格子EE3の凹部の中心が一致している。また、導波方向D1の位置PC32では、2次回折格子EE2の凹部の中心と3次回折格子EE3の凹部の中心が一致している。これにより、2次回折格子EE2および3次回折格子EE3によって形成される定在波の電場の持つエネルギー密度の差を増大させることができ、ストップバンド幅を増大させることができる。これにより、2次回折格子EE2および3次回折格子EE3で構成される複数の高次回折格子のSMSRを増大させることができ、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。 At this time, at the position PC31 in the waveguide direction D1, the center of the convex portion of the second-order diffraction grating EE2 and the center of the concave portion of the third-order diffraction grating EE3 match. Also, at the position PC32 in the waveguide direction D1, the center of the concave portion of the second-order diffraction grating EE2 and the center of the concave portion of the third-order diffraction grating EE3 are aligned. As a result, the difference in energy density of the standing wave electric field formed by the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 can be increased, and the stop band width can be increased. As a result, the SMSR of a plurality of high-order diffraction gratings composed of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 can be increased, and the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction gratings can be increased. can be done.
また、2次回折格子EE2をn型窒化物クラッド層12Aに形成し、3次回折格子EE3をp型窒化物ガイド層18Aに形成することにより、3次回折格子EE3を2次回折格子EE2よりも活性層15の近くに配置することができる。これにより、高次回折格子を発光する光の光分布に対して、より近くに配置し、低次回折格子を光分布に対してより遠くに配置することができる。このため、低次回折格子の結合係数と高次回折格子の結合係数を概ね同じ大きさにすることができ、発光光を180°方向に効率的に回折させることができる。
Further, by forming the second-order diffraction grating EE2 on the n-type
図15(a1)、図15(b1)、図16(a1)および図16(a1)は、第8実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図である。また、図15(a2)、図15(b2)、図16(a2)および図16(a2)は、図15(a1)、図15(b1)、図16(a1)および図16(a1)の共振器方向に沿ってそれぞれ切断した断面図である。 15(a1), 15(b1), 16(a1), and 16(a1) are plan views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the eighth embodiment. 15(a2), FIG. 15(b2), FIG. 16(a2) and FIG. 16(a2) correspond to FIG. 15(a1), FIG. 15(b1), FIG. 3A and 3B are cross-sectional views taken along the direction of the resonator of FIG.
図15(a1)および図15(a2)において、エピタキシャル成長によって、n型窒化物クラッド層12、12Aをn型窒化物半導体基板11上に順次積層する。
15(a1) and 15(a2), n-type nitride cladding layers 12 and 12A are successively laminated on n-type
次に、図15(b1)および図15(b2)に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、n型窒化物クラッド層12Aをパターニングし、n型窒化物クラッド層12Aに2次回折格子EE2を形成する。
Next, as shown in FIGS. 15(b1) and 15(b2), the n-type
次に、図16(a1)および図16(a2)に示すように、エピタキシャル成長によって、n型窒化物ガイド層13、アンドープ窒化物ガイド層14、活性層15、アンドープ窒化物ガイド層16、p型キャリアブロック層17、p型窒化物ガイド層18、18Aをn型窒化物クラッド層12、12A上に順次積層する。
Next, as shown in FIGS. 16(a1) and 16(a2), an n-type
次に、図16(b1)および図16(b2)に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、p型窒化物ガイド層18Aをパターニングし、p型窒化物ガイド層18Aに3次回折格子EE3を形成する。
Next, as shown in FIGS. 16(b1) and 16(b2), the p-type
次に、半導体レーザLEとして図14(a)および図14(b)に示したように、p型窒化物ガイド層18、18Aの上にコンタクト層を形成する。具体的には、エピタキシャル成長によって、p型窒化物クラッド層20、20Aおよびp型窒化物コンタクト層21をp型窒化物ガイド層18、18A上に順次積層する。そして、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、p型窒化物クラッド層20Aおよびp型窒化物コンタクト層21をパターニングし、p型窒化物クラッド層20Aおよびp型窒化物コンタクト層21にリッジREを形成する。
Next, as shown in FIGS. 14A and 14B for the semiconductor laser LE, contact layers are formed on the p-type nitride guide layers 18 and 18A. Specifically, by epitaxial growth, p-type nitride cladding layers 20, 20A and p-type
E1 n型窒化物半導体層
E2 p型窒化物半導体層
RA リッジ
EA2 2次回折格子
EA3 3次回折格子
11 n型窒化物半導体基板
12 第n型窒化物クラッド層
13 n型窒化物ガイド層
14、16 アンドープ窒化物ガイド層
15 活性層
17 p型キャリアブロック層
18 p型窒化物ガイド層
20 p型窒化物クラッド層
21 p型窒化物コンタクト層
22 電極
E1 n-type nitride semiconductor layer E2 p-type nitride semiconductor layer RA ridge EA2 second-order diffraction grating EA3 third-order diffraction grating 11 n-type nitride semiconductor substrate 12 n-type nitride cladding layer 13 n-type
Claims (13)
前記第1導電型半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第2導電型半導体層と、
前記活性層を導波する導波光と結合可能な位置に設けられた次数が互いに異なる複数の高次回折格子を備え、
前記複数の高次回折格子は、最大公約数が1となり、凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心および凸部と凹部の中心のいずれか少なくとも一つが互いに一致している領域を備えることを特徴とする半導体発光素子。 a first conductivity type semiconductor layer;
an active layer provided on the first conductivity type semiconductor layer;
a second conductivity type semiconductor layer provided on the active layer;
A plurality of high-order diffraction gratings of different orders provided at positions that can be coupled with guided light guided through the active layer,
The plurality of high-order diffraction gratings have a greatest common divisor of 1, and have regions in which at least one of centers of protrusions and protrusions, centers of recesses and recesses, and centers of protrusions and recesses coincides with each other. A semiconductor light emitting device characterized by:
前記複数の高次回折格子は前記共振器方向に沿って前記リッジの両側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。 the second conductivity type semiconductor layer has a ridge extending in the resonator direction,
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said plurality of high-order diffraction gratings are provided on both sides of said ridge along said cavity direction.
前記位相シフト部の長さ=λ/(4・neff)・(2N-1)
であることを特徴とする請求項8に記載の半導体発光素子。 Assuming that N is a natural number (positive integer), neff is the effective refractive index of the high-order diffraction grating, and λ is the Bragg wavelength, the length of the phase shift portion is
Length of the phase shift portion = λ/(4·neff)·(2N−1)
9. The semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein:
最大公約数が1となり、次数が互いに異なる高次回折格子が両側に設けられたリッジを前記第2導電型半導体層に形成する工程Bとを備え、
前記工程Bは、前記高次回折格子の凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心および凸部と凹部の中心のいずれか少なくとも一つが互いに一致している領域を備えるように前記高次回折格子を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 A step A of sequentially stacking an active layer and a second conductivity type semiconductor layer on the first conductivity type semiconductor layer;
A step B of forming a ridge on both sides of which high-order diffraction gratings having a greatest common divisor of 1 and having different orders are provided on the second conductivity type semiconductor layer;
In the step B, the high-order diffraction grating is provided with a region where at least one of the centers of the projections and the centers of the projections, the centers of the recesses and the centers of the recesses, and the centers of the projections and the recesses of the high-order diffraction grating is aligned with each other. A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising forming a folding grating.
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