JP3101997B2 - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子Info
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- JP3101997B2 JP3101997B2 JP1870796A JP1870796A JP3101997B2 JP 3101997 B2 JP3101997 B2 JP 3101997B2 JP 1870796 A JP1870796 A JP 1870796A JP 1870796 A JP1870796 A JP 1870796A JP 3101997 B2 JP3101997 B2 JP 3101997B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ
XＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりな
るレーザ素子に関する。
XＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりな
るレーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は従来より短波長レーザの
材料として研究されており、最近この材料を用いて、室
温でのパルス発振が報告された（例えば、日経エレクト
ロニクス 1996.1.15 (No.653) p13〜ｐ15）。報告され
たレーザ素子はサファイア基板の上に多重量子井戸構造
よりなる活性層を有し、活性層の端面に形成された共振
面はエッチングにより形成されている。
材料として研究されており、最近この材料を用いて、室
温でのパルス発振が報告された（例えば、日経エレクト
ロニクス 1996.1.15 (No.653) p13〜ｐ15）。報告され
たレーザ素子はサファイア基板の上に多重量子井戸構造
よりなる活性層を有し、活性層の端面に形成された共振
面はエッチングにより形成されている。
【０００３】一般に半導体レーザに共振面を作成するに
は、例えば劈開、エッチング、研磨等の手段が用いられ
る。窒化物半導体はその結晶の性質上、劈開性をほとん
ど有しておらず、またダイヤモンドに近い非常に硬い物
質であるため、劈開、研磨等により共振面を形成するこ
とは難しい。
は、例えば劈開、エッチング、研磨等の手段が用いられ
る。窒化物半導体はその結晶の性質上、劈開性をほとん
ど有しておらず、またダイヤモンドに近い非常に硬い物
質であるため、劈開、研磨等により共振面を形成するこ
とは難しい。
【０００４】図２は窒化物半導体レーザ素子を製造する
一工程において得られるウェーハの模式的な断面図であ
る。基本構造としては、サファイア基板１の上に窒化物
半導体よりなるｎ型層２、活性層３およびｐ型層４が順
に積層されたダブルへテロ構造を有している。エッチン
グにより活性層３の端面に共振面を形成するには、最上
層のｐ型層４の表面に適当な材料よりなるマスクを形成
した後、反応性イオンエッチング、イオンミリング、集
束イオンビームエッチング等のエッチング手段により、
活性層の端面が露出するまでエッチングを行い、エッチ
ングで露出した互いに平行な活性層の端面を共振面とす
る。この図に示すようにエッチングにより共振面を形成
すると、エッチング溝にある程度の間隔を必要とする。
つまり、対向する共振面を有するチップを得るために、
溝の中間でチップを切断すのに必要なだけのエッチング
幅を必要とする。
一工程において得られるウェーハの模式的な断面図であ
る。基本構造としては、サファイア基板１の上に窒化物
半導体よりなるｎ型層２、活性層３およびｐ型層４が順
に積層されたダブルへテロ構造を有している。エッチン
グにより活性層３の端面に共振面を形成するには、最上
層のｐ型層４の表面に適当な材料よりなるマスクを形成
した後、反応性イオンエッチング、イオンミリング、集
束イオンビームエッチング等のエッチング手段により、
活性層の端面が露出するまでエッチングを行い、エッチ
ングで露出した互いに平行な活性層の端面を共振面とす
る。この図に示すようにエッチングにより共振面を形成
すると、エッチング溝にある程度の間隔を必要とする。
つまり、対向する共振面を有するチップを得るために、
溝の中間でチップを切断すのに必要なだけのエッチング
幅を必要とする。
【０００５】図３は、エッチング溝の中間で切断された
レーザチップの形状を示す模式的な断面図である。なお
図において示す矢印は、活性層から発するレーザ光の一
光路を示している。この図に示すように、エッチングに
より共振面が形成されたレーザチップは、共振面と同時
にエッチングされたｎ型層２の水平面が露出される。活
性層から発するレーザ光は、その突出したｎ型層２の水
平面の表面で乱反射、あるいは透過してしまうため、安
定したレーザ光の形状が得られにくいという問題があ
る。またサファイア、およびｎ型層は透明な材料でもあ
るため、レーザ光がこれらの部材を透過することによ
り、レーザの出力が低下するという欠点がある。
レーザチップの形状を示す模式的な断面図である。なお
図において示す矢印は、活性層から発するレーザ光の一
光路を示している。この図に示すように、エッチングに
より共振面が形成されたレーザチップは、共振面と同時
にエッチングされたｎ型層２の水平面が露出される。活
性層から発するレーザ光は、その突出したｎ型層２の水
平面の表面で乱反射、あるいは透過してしまうため、安
定したレーザ光の形状が得られにくいという問題があ
る。またサファイア、およびｎ型層は透明な材料でもあ
るため、レーザ光がこれらの部材を透過することによ
り、レーザの出力が低下するという欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明はこの
ような事情を鑑みて成されたものであり、その目的とす
るところは、エッチングにより形成された共振面を有す
る窒化物半導体レーザ素子の出力の向上と、安定したレ
ーザ光の形状を得ることにある。
ような事情を鑑みて成されたものであり、その目的とす
るところは、エッチングにより形成された共振面を有す
る窒化物半導体レーザ素子の出力の向上と、安定したレ
ーザ光の形状を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ素子は、
基板の上に窒化物半導体が積層されて、対向する窒化物
半導体層の端面にエッチングにより形成された共振面を
有する窒化物半導体レーザ素子において、前記レーザ素
子は、前記共振面とほぼ垂直な方向に、その共振面より
も突出したエッチング面を有しており、そのエッチング
面にレーザ光を反射する薄膜よりなる反射鏡が形成され
ていることを特徴とする。
基板の上に窒化物半導体が積層されて、対向する窒化物
半導体層の端面にエッチングにより形成された共振面を
有する窒化物半導体レーザ素子において、前記レーザ素
子は、前記共振面とほぼ垂直な方向に、その共振面より
も突出したエッチング面を有しており、そのエッチング
面にレーザ光を反射する薄膜よりなる反射鏡が形成され
ていることを特徴とする。
【０００８】また、本発明のレーザ素子では、基板が絶
縁性基板であり、かつ反射鏡が金属薄膜よりなり、さら
に反射鏡は共振面側の窒化物半導体層と離間して形成さ
れていることを特徴とする。
縁性基板であり、かつ反射鏡が金属薄膜よりなり、さら
に反射鏡は共振面側の窒化物半導体層と離間して形成さ
れていることを特徴とする。
【０００９】反射鏡はレーザ光を反射する金属薄膜、誘
電体多層膜で形成することができる。金属薄膜として
は、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ等の５００ｎｍ以下の反射
率が高い金属を選択することが望ましい。また誘電体多
層膜は、例えばＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2
等の誘電体よりなる薄膜を、レーザ光を反射するように
設計して、所望の膜厚で多数に積層して形成することが
できる。
電体多層膜で形成することができる。金属薄膜として
は、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ等の５００ｎｍ以下の反射
率が高い金属を選択することが望ましい。また誘電体多
層膜は、例えばＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2
等の誘電体よりなる薄膜を、レーザ光を反射するように
設計して、所望の膜厚で多数に積層して形成することが
できる。
【００１０】窒化物半導体層をエッチングする手段とし
ては、ウェットエッチング、ドライエッチングいずれの
手段を用いても良いが、できるだけ平坦な共振面を形成
するためには、ドライエッチングを用いることが望まし
い。ドライエッチングとしては、例えば前記した反応性
イオンエッチング、イオンミリング、集束イオンビーム
エッチングの他、イオンミリング、イオンビームビーム
エッチング、ＥＣＲエッチング等を用いることができ、
エッチングレートを制御する目的で、あるいは所望の端
面形状を得るため、それぞれのエッチング装置に用いら
れるガス、イオン等を適宜選択することができる。
ては、ウェットエッチング、ドライエッチングいずれの
手段を用いても良いが、できるだけ平坦な共振面を形成
するためには、ドライエッチングを用いることが望まし
い。ドライエッチングとしては、例えば前記した反応性
イオンエッチング、イオンミリング、集束イオンビーム
エッチングの他、イオンミリング、イオンビームビーム
エッチング、ＥＣＲエッチング等を用いることができ、
エッチングレートを制御する目的で、あるいは所望の端
面形状を得るため、それぞれのエッチング装置に用いら
れるガス、イオン等を適宜選択することができる。
【００１１】
【作用】図１に本発明に係るレーザ素子の一構造を示す
模式的な部分断面図を示す。この図は図３と同様にエッ
チング溝の中間で切断されたレーザチップの共振面付近
の構造を拡大して示す図である。基本構造としてはサフ
ァイア基板１１の上に、ｎ型層１２、活性層１３、およ
びｐ型層１４が順に積層されたダブルへテロ構造を有し
ている。本発明のレーザ素子ではレーザの出射方向に該
当するエッチング面に、レーザ光の光を反射する反射鏡
２０が形成されている。この反射鏡２０が形成されてい
ることにより、レーザ光はｎ型層１２およびサファイア
基板１１を透過しないので、その分吸収されず出力の向
上を図ることができる。さらに、基板方向に出射するレ
ーザ光が全て上方に向かって反射されるので、安定した
レーザ光の遠視野像（ファーフィールドパターン）が得
られる。従ってレンズ等でレーザ光を集光する際にも非
常に都合がよい。
模式的な部分断面図を示す。この図は図３と同様にエッ
チング溝の中間で切断されたレーザチップの共振面付近
の構造を拡大して示す図である。基本構造としてはサフ
ァイア基板１１の上に、ｎ型層１２、活性層１３、およ
びｐ型層１４が順に積層されたダブルへテロ構造を有し
ている。本発明のレーザ素子ではレーザの出射方向に該
当するエッチング面に、レーザ光の光を反射する反射鏡
２０が形成されている。この反射鏡２０が形成されてい
ることにより、レーザ光はｎ型層１２およびサファイア
基板１１を透過しないので、その分吸収されず出力の向
上を図ることができる。さらに、基板方向に出射するレ
ーザ光が全て上方に向かって反射されるので、安定した
レーザ光の遠視野像（ファーフィールドパターン）が得
られる。従ってレンズ等でレーザ光を集光する際にも非
常に都合がよい。
【００１２】反射鏡２０は図１に示すように共振面側の
窒化物半導体層に接して形成されていても良いが、図４
のように離間して形成されていても良い。反射鏡が金属
薄膜で形成される場合、離間して形成されることにより
金属薄膜が電極と接触して、電極間ショートを起こすこ
とを防止することができるので、素子の信頼性が向上す
る。この作用は、例えば基板にサファイアのような絶縁
性基板を使用した際に、窒化物半導体素子が同一面側に
電極が形成されたフリップチップ形式を採用することに
よる特有の作用である。なお、反射鏡を誘電体多層膜で
構成する場合には特に離間させる必要はない。
窒化物半導体層に接して形成されていても良いが、図４
のように離間して形成されていても良い。反射鏡が金属
薄膜で形成される場合、離間して形成されることにより
金属薄膜が電極と接触して、電極間ショートを起こすこ
とを防止することができるので、素子の信頼性が向上す
る。この作用は、例えば基板にサファイアのような絶縁
性基板を使用した際に、窒化物半導体素子が同一面側に
電極が形成されたフリップチップ形式を採用することに
よる特有の作用である。なお、反射鏡を誘電体多層膜で
構成する場合には特に離間させる必要はない。
【００１３】
［実施例１］結晶成長面をＡ面とする厚さ５００μｍの
サファイア基板をＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置し
た後、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、ア
ンモニアを用い、５００℃で基板の表面にＧａＮよりな
るバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長さ
せた。基板はＡ面の他、例えばＣ面、Ｒ面を使用するこ
ともでき、またサファイアの他、スピネル（ＭｇＡｌ2
Ｏ4）、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉが使用できる
が、現在のところサファイアが多用されている。バッフ
ァ層は基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和する作
用があり、他にＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等を成長させること
も可能であるが、基板の種類によっては形成されないこ
ともある。
サファイア基板をＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置し
た後、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、ア
ンモニアを用い、５００℃で基板の表面にＧａＮよりな
るバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長さ
せた。基板はＡ面の他、例えばＣ面、Ｒ面を使用するこ
ともでき、またサファイアの他、スピネル（ＭｇＡｌ2
Ｏ4）、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉが使用できる
が、現在のところサファイアが多用されている。バッフ
ァ層は基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和する作
用があり、他にＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等を成長させること
も可能であるが、基板の種類によっては形成されないこ
ともある。
【００１４】続いて温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、ＳｉドープＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層を４μｍの膜厚で成長させた。ｎ型コ
ンタクト層はＩｎXＡｌYＧａ1-X- YＮ（０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）で構成することができ、特にＧａＮ、ＩｎＧ
ａＮ、その中でもＳｉをドープしたＧａＮで構成するこ
とにより、キャリア濃度の高いｎ型層が得られ、また負
電極と好ましいオーミック接触が得られるので、レーザ
素子のしきい値電流を低下させることができる。
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、ＳｉドープＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層を４μｍの膜厚で成長させた。ｎ型コ
ンタクト層はＩｎXＡｌYＧａ1-X- YＮ（０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）で構成することができ、特にＧａＮ、ＩｎＧ
ａＮ、その中でもＳｉをドープしたＧａＮで構成するこ
とにより、キャリア濃度の高いｎ型層が得られ、また負
電極と好ましいオーミック接触が得られるので、レーザ
素子のしきい値電流を低下させることができる。
【００１５】次に温度を７５０℃にして、原料ガスにＴ
ＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎよりなるクラック防止層を５００オングストロ
ームの膜厚で成長させた。このクラック防止層はＩｎを
含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長
させることにより、次に成長させるＡｌを含む窒化物半
導体よりなるｎ型光閉じ込め層を厚膜で成長させること
が可能となる。ＬＤの場合は、光閉じ込め層、光ガイド
層となる層を、例えば０．１μｍ以上の膜厚で成長させ
る必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧａＮ層の上に直
接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後から成長させた
ＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作製が困難であっ
たが、このクラック防止層が次に成長させる光閉じ込め
層にクラックが入るのを防止することができる。しかも
次に成長させる光閉じ込め層を厚膜で成長させても膜質
良く成長できる。なおこのクラック防止層は１００オン
グストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させる
ことが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと
前記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５
μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。な
お、このクラック防止層は成長方法、成長装置によって
は省略することもできる。
ＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎよりなるクラック防止層を５００オングストロ
ームの膜厚で成長させた。このクラック防止層はＩｎを
含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長
させることにより、次に成長させるＡｌを含む窒化物半
導体よりなるｎ型光閉じ込め層を厚膜で成長させること
が可能となる。ＬＤの場合は、光閉じ込め層、光ガイド
層となる層を、例えば０．１μｍ以上の膜厚で成長させ
る必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧａＮ層の上に直
接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後から成長させた
ＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作製が困難であっ
たが、このクラック防止層が次に成長させる光閉じ込め
層にクラックが入るのを防止することができる。しかも
次に成長させる光閉じ込め層を厚膜で成長させても膜質
良く成長できる。なおこのクラック防止層は１００オン
グストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させる
ことが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと
前記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５
μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。な
お、このクラック防止層は成長方法、成長装置によって
は省略することもできる。
【００１６】次に、原料ガスにＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）、アンモニア、不純物ガスにシラン
ガスを用いて、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりな
るｎ型光閉じ込め層を０．５μｍの膜厚で成長させた。
ｎ型光閉じ込め層はＡｌを含むｎ型の窒化物半導体で構
成し、好ましくは二元混晶あるいは三元混晶のＡｌYＧ
ａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより、結晶性の良い
ものが得られ、また活性層との屈折率差を大きくして活
性層の光閉じ込めに有効である。この層は通常０．１μ
ｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。０．１
μｍよりも薄いと光閉じ込め層として作用しにくく、１
μｍよりも厚いと、結晶中にクラックが入りやすくなり
素子作成が困難となる傾向にある。
チルアルミニウム）、アンモニア、不純物ガスにシラン
ガスを用いて、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりな
るｎ型光閉じ込め層を０．５μｍの膜厚で成長させた。
ｎ型光閉じ込め層はＡｌを含むｎ型の窒化物半導体で構
成し、好ましくは二元混晶あるいは三元混晶のＡｌYＧ
ａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより、結晶性の良い
ものが得られ、また活性層との屈折率差を大きくして活
性層の光閉じ込めに有効である。この層は通常０．１μ
ｍ〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。０．１
μｍよりも薄いと光閉じ込め層として作用しにくく、１
μｍよりも厚いと、結晶中にクラックが入りやすくなり
素子作成が困難となる傾向にある。
【００１７】続いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層を５００オングストロームの膜
厚で成長させた。ｎ型光ガイド層は、Ｉｎを含むｎ型の
窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮで構成し、好ましくは
三元混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜
１）とする。この層は通常１００オングストローム〜１
μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａ
Ｎ、ＧａＮとすることにより次の活性層を量子井戸構造
とすることが容易に可能になる。
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層を５００オングストロームの膜
厚で成長させた。ｎ型光ガイド層は、Ｉｎを含むｎ型の
窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮで構成し、好ましくは
三元混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜
１）とする。この層は通常１００オングストローム〜１
μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａ
Ｎ、ＧａＮとすることにより次の活性層を量子井戸構造
とすることが容易に可能になる。
【００１８】次に原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニ
アを用いて活性層を成長させた。活性層は温度を７５０
℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。
次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度で、ノ
ンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オン
グストロームの膜厚で成長させる。この操作を１３回繰
り返し、最後に井戸層を成長させ総膜厚０．１μｍの膜
厚の多重量子井戸構造よりなる活性層を成長させた。
アを用いて活性層を成長させた。活性層は温度を７５０
℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。
次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度で、ノ
ンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オン
グストロームの膜厚で成長させる。この操作を１３回繰
り返し、最後に井戸層を成長させ総膜厚０．１μｍの膜
厚の多重量子井戸構造よりなる活性層を成長させた。
【００１９】活性層成長後、温度を１０５０℃にしてＴ
ＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源とし
てＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を
用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型キ
ャップ層を１００オングストロームの膜厚で成長させ
た。このｐ型キャップ層は、１μｍ以下、さらに好まし
くは１０オングストローム以上、０．１μｍ以下の膜厚
で成長させることにより、ＩｎＧａＮよりなる活性層が
分解するのを防止するキャップ層としての作用があり、
また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導体よりなる
ｐ型キャップ層を成長させることにより、発光出力が格
段に向上する。これはＡｌＧａＮがＧａＮに比べてｐ型
になりやすく、またｐ型キャップ層成長時に、ＩｎＧａ
Ｎが分解するのを抑える作用があるためと推察される
が、詳しいことは不明である。このｐ型キャップ層の膜
厚は１μｍよりも厚いと、層自体にクラックが入りやす
くなり素子作製が困難となる傾向にある。なおこのｐ型
キャップ層も省略可能である。
ＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源とし
てＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を
用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型キ
ャップ層を１００オングストロームの膜厚で成長させ
た。このｐ型キャップ層は、１μｍ以下、さらに好まし
くは１０オングストローム以上、０．１μｍ以下の膜厚
で成長させることにより、ＩｎＧａＮよりなる活性層が
分解するのを防止するキャップ層としての作用があり、
また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導体よりなる
ｐ型キャップ層を成長させることにより、発光出力が格
段に向上する。これはＡｌＧａＮがＧａＮに比べてｐ型
になりやすく、またｐ型キャップ層成長時に、ＩｎＧａ
Ｎが分解するのを抑える作用があるためと推察される
が、詳しいことは不明である。このｐ型キャップ層の膜
厚は１μｍよりも厚いと、層自体にクラックが入りやす
くなり素子作製が困難となる傾向にある。なおこのｐ型
キャップ層も省略可能である。
【００２０】次に温度を１０５０℃に保持しながら、Ｔ
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層を５００オングストローム
の膜厚で成長させた。このｐ型光ガイド層は、Ｉｎを含
む窒化物半導体若しくはＧａＮで構成し、好ましくは二
元混晶または三元混晶のＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）
を成長させる。光ガイド層は、通常１００オングストロ
ーム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特に
ＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることにより、次のｐ型光閉じ
込め層を結晶性良く成長できる。
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層を５００オングストローム
の膜厚で成長させた。このｐ型光ガイド層は、Ｉｎを含
む窒化物半導体若しくはＧａＮで構成し、好ましくは二
元混晶または三元混晶のＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）
を成長させる。光ガイド層は、通常１００オングストロ
ーム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特に
ＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることにより、次のｐ型光閉じ
込め層を結晶性良く成長できる。
【００２１】続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃ
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
ｐ型光閉じ込め層を０．５μｍの膜厚で成長させた。こ
のｐ型光閉じ込め層は、Ａｌを含むｐ型の窒化物半導体
で構成し、好ましくは二元混晶または三元混晶のＡｌY
Ｇａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより結晶性の良い
ものが得られる。ｐ型光閉じ込め層はｎ型光閉じ込め層
と同じく、０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させること
が望ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化物
半導体とすることにより、活性層との屈折率差を大きく
して光閉じ込め層として有効に作用する。
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
ｐ型光閉じ込め層を０．５μｍの膜厚で成長させた。こ
のｐ型光閉じ込め層は、Ａｌを含むｐ型の窒化物半導体
で構成し、好ましくは二元混晶または三元混晶のＡｌY
Ｇａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより結晶性の良い
ものが得られる。ｐ型光閉じ込め層はｎ型光閉じ込め層
と同じく、０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させること
が望ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌを含むｐ型窒化物
半導体とすることにより、活性層との屈折率差を大きく
して光閉じ込め層として有効に作用する。
【００２２】続いて、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層を０．５μｍの膜厚で成長させた。ｐ型コンタクト層
はｐ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）で構成することができ、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、
その中でもＭｇをドープしたｐ型ＧａＮとすると、最も
キャリア濃度の高いｐ型層が得られて、正電極と良好な
オーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させるこ
とができる。なお以上説明したｎ型層の一般式ＡｌXＧ
ａ1-XＮ、ｐ型層のＡｌXＧａ1-XＮ等の組成比X値は単に
一般式を示しているに過ぎず、ｎ型層のXとｐ型層のXと
が同一の値を示すものではない。また同様に他の一般式
において使用するY値も同一の一般式が同一の値を示す
ものではない。
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層を０．５μｍの膜厚で成長させた。ｐ型コンタクト層
はｐ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）で構成することができ、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、
その中でもＭｇをドープしたｐ型ＧａＮとすると、最も
キャリア濃度の高いｐ型層が得られて、正電極と良好な
オーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させるこ
とができる。なお以上説明したｎ型層の一般式ＡｌXＧ
ａ1-XＮ、ｐ型層のＡｌXＧａ1-XＮ等の組成比X値は単に
一般式を示しているに過ぎず、ｎ型層のXとｐ型層のXと
が同一の値を示すものではない。また同様に他の一般式
において使用するY値も同一の一般式が同一の値を示す
ものではない。
【００２３】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタ
クト層の表面にストライプ幅５０μｍのマスクを形成
し、反応性イオンエッチング装置で、ＳｉＣｌ4ガスを
用いて、最上層のｐ型コンタクト層から選択エッチを行
った。この選択エッチにより、負電極を形成すべきｎ型
コンタクト層の平面が露出されるとともに、ストライプ
幅５０μｍの導波路が作成された。
ウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタ
クト層の表面にストライプ幅５０μｍのマスクを形成
し、反応性イオンエッチング装置で、ＳｉＣｌ4ガスを
用いて、最上層のｐ型コンタクト層から選択エッチを行
った。この選択エッチにより、負電極を形成すべきｎ型
コンタクト層の平面が露出されるとともに、ストライプ
幅５０μｍの導波路が作成された。
【００２４】次に、前記ストライプに直交するストライ
プ幅１００μｍのエッチングを行った。このエッチング
により活性層端面に共振面が形成される。エッチング深
さは基板面が露出するまで行ったが、共振面を形成する
ためのエッチングは特に基板が露出するまで行う必要は
なく、活性層端面が露出するまで、例えばｎ型コンタク
ト層が露出するまでで止めても良い。特に、基板表面が
露出するまでエッチングすると、後にレーザチップに分
割する際、切断する箇所がサファイア基板のみとなるた
め、窒化物半導体層に切断時の応力が伝わりにくくなり
結晶を痛めることがないので非常に都合がよい。
プ幅１００μｍのエッチングを行った。このエッチング
により活性層端面に共振面が形成される。エッチング深
さは基板面が露出するまで行ったが、共振面を形成する
ためのエッチングは特に基板が露出するまで行う必要は
なく、活性層端面が露出するまで、例えばｎ型コンタク
ト層が露出するまでで止めても良い。特に、基板表面が
露出するまでエッチングすると、後にレーザチップに分
割する際、切断する箇所がサファイア基板のみとなるた
め、窒化物半導体層に切断時の応力が伝わりにくくなり
結晶を痛めることがないので非常に都合がよい。
【００２５】次に、ＣＶＤ装置で、ストライプ幅１００
μｍのエッチング溝に部分的にマスクを形成し、その上
からＡｌよりなる薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して反
射鏡を作成した。なおこの場合、Ａｌよりなる反射鏡は
マスクにより、窒化物半導体と離間して形成したが、こ
の反射鏡をエッチング溝の水平面全面に形成して窒化物
半導体と接するようにしても良い。
μｍのエッチング溝に部分的にマスクを形成し、その上
からＡｌよりなる薄膜を０．３μｍの膜厚で形成して反
射鏡を作成した。なおこの場合、Ａｌよりなる反射鏡は
マスクにより、窒化物半導体と離間して形成したが、こ
の反射鏡をエッチング溝の水平面全面に形成して窒化物
半導体と接するようにしても良い。
【００２６】反射鏡形成後、ストライプ状の導波路の側
面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜を形成し、最上層のｐ型コ
ンタクト層と、エッチングにより露出したｎ型コンタク
ト層の表面にストライプ状の電極を形成した。
面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜を形成し、最上層のｐ型コ
ンタクト層と、エッチングにより露出したｎ型コンタク
ト層の表面にストライプ状の電極を形成した。
【００２７】次に、反射鏡の中心をスクライブして、ウ
ェーハを割ることにより、対向する共振面が形成された
バーを作成し、その共振面に常法に従って誘電体多層膜
を形成して共振器とした。
ェーハを割ることにより、対向する共振面が形成された
バーを作成し、その共振面に常法に従って誘電体多層膜
を形成して共振器とした。
【００２８】最後に電極に平行な位置でバーを割り、本
発明のレーザ素子を得た。このレーザ素子の形状を示す
斜視図を図４に示す。
発明のレーザ素子を得た。このレーザ素子の形状を示す
斜視図を図４に示す。
【００２９】以上のようにして得られたレーザ素子をヒ
ートシンクに設置し、常温でパルス発振させたところ、
しきい値電流密度４ｋＡ／cm2で４１０ｎｍのレーザ発
振を示し、反射鏡を形成していないレーザ素子に比較し
て、出力はおよそ１０％向上した。
ートシンクに設置し、常温でパルス発振させたところ、
しきい値電流密度４ｋＡ／cm2で４１０ｎｍのレーザ発
振を示し、反射鏡を形成していないレーザ素子に比較し
て、出力はおよそ１０％向上した。
【００３０】［実施例２］実施例１の反射鏡を形成する
工程において、幅１００μｍのストライプ溝全面に、Ｔ
ｉＯ2薄膜と、ＳｉＯ2薄膜とを積層して、４１０ｎｍの
波長を反射する誘電体多層膜を形成する他は、同様にし
てレーザ素子を得たところ、実施例１とほぼ同等の特性
を示す素子が得られた。
工程において、幅１００μｍのストライプ溝全面に、Ｔ
ｉＯ2薄膜と、ＳｉＯ2薄膜とを積層して、４１０ｎｍの
波長を反射する誘電体多層膜を形成する他は、同様にし
てレーザ素子を得たところ、実施例１とほぼ同等の特性
を示す素子が得られた。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子では、基板方向に向かうレーザ光を基板側に形成され
た反射鏡で反射させるので出力が向上する。さらに、反
射鏡が形成されていない平面は、エッチングにより微細
な凹凸が発生している。レーザ光がこの凹凸に当たると
光が乱反射してしまい、レーザのスポット径が安定しな
い。しかしながら本発明では反射鏡を形成することによ
り、この微細な凹凸が反射鏡の材料で埋められて平坦な
面となるため、レーザ光がこの面に当たっても正確に反
射される。従ってレーザ光の形状も安定するため、集光
する際に非常に都合がよい。なお、実施例は電極ストラ
イプ型のレーザ素子について説明したが、本発明のレー
ザ素子は、エッチングで共振面が形成された、窒化物半
導体よりなるレーザ素子のあらゆる構造に適用できるこ
とはいうまでもない。
子では、基板方向に向かうレーザ光を基板側に形成され
た反射鏡で反射させるので出力が向上する。さらに、反
射鏡が形成されていない平面は、エッチングにより微細
な凹凸が発生している。レーザ光がこの凹凸に当たると
光が乱反射してしまい、レーザのスポット径が安定しな
い。しかしながら本発明では反射鏡を形成することによ
り、この微細な凹凸が反射鏡の材料で埋められて平坦な
面となるため、レーザ光がこの面に当たっても正確に反
射される。従ってレーザ光の形状も安定するため、集光
する際に非常に都合がよい。なお、実施例は電極ストラ
イプ型のレーザ素子について説明したが、本発明のレー
ザ素子は、エッチングで共振面が形成された、窒化物半
導体よりなるレーザ素子のあらゆる構造に適用できるこ
とはいうまでもない。
【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の部分的
な構造を示す模式断面図。
な構造を示す模式断面図。
【図２】 エッチングにより共振面を形成する工程にお
いて得られるウェーハの構造を示す模式断面図。
いて得られるウェーハの構造を示す模式断面図。
【図３】 従来のレーザ素子の部分的な構造を示す模式
断面図。
断面図。
【図４】 本発明の一実施例において得られるレーザ素
子の形状を示す斜視図。
子の形状を示す斜視図。
１１・・・基板 １２・・・ｎ型層 １３・・・活性層 １４・・・ｐ型層 ２０・・・反射鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−268259（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−196884（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−120689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−81884（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−256188（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−64911（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 基板の上に窒化物半導体が積層されて、
対向する窒化物半導体層の端面にエッチングにより形成
された共振面を有する窒化物半導体レーザ素子におい
て、前記レーザ素子は、前記共振面とほぼ垂直な方向
に、その共振面よりも突出したエッチング面を有してお
り、そのエッチング面にレーザ光を反射する薄膜よりな
る反射鏡が形成されていることを特徴とする窒化物半導
体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記基板が絶縁性基板であり、かつ前記
反射鏡が金属薄膜であり、さらにその反射鏡が共振面側
の窒化物半導体層と離間して形成されていることを特徴
とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1870796A JP3101997B2 (ja) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1870796A JP3101997B2 (ja) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09214055A JPH09214055A (ja) | 1997-08-15 |
| JP3101997B2 true JP3101997B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=11979130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1870796A Expired - Fee Related JP3101997B2 (ja) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3101997B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008311640A (ja) * | 2007-05-16 | 2008-12-25 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザダイオード |
| EP4228109A3 (en) | 2012-05-08 | 2023-10-25 | MACOM Technology Solutions Holdings, Inc. | Lasers with beam-shape modification |
| WO2018193551A1 (ja) * | 2017-04-19 | 2018-10-25 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置及びその製造方法 |
| CN107147006A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-09-08 | 广西师范大学 | 基于石墨烯和脊型波导的表面等离子激光器 |
-
1996
- 1996-02-05 JP JP1870796A patent/JP3101997B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09214055A (ja) | 1997-08-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |