JP3334624B2 - Nitride semiconductor laser device - Google Patents
Nitride semiconductor laser deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体(InaA
lbGa1−a−bN、0≦a、0≦b、a+b≦1)より
なるレーザ素子に関する。The present invention relates to a nitride semiconductor (In a A).
l b Ga 1-a-b N, 0 ≦ a, 0 ≦ b, relates to a laser device made of a + b ≦ 1).
【0002】[0002]
【従来の技術】本発明者等は、サファイア基板上部に、
部分的に形成されたSiO2膜を介して選択成長された
n−GaNよりなる窒化物半導体基板の上に、レーザ素
子構造となる窒化物半導体層を複数積層し、サファイア
基板を除去して、劈開により共振面を形成することによ
り、室温での連続発振1万時間以上を可能とする窒化物
半導体レーザ素子を発表した。例えば、Jpn.J.Appl.Phy
s.Vol.37(1998)pp.L309-L312、Part2,No.3B,15 March
1998などに記載されている。図6に、従来のレーザ素子
として前記J.J.A.P.に示される図と同様の模式的断
面図を示した。この図6は、p−GaNよりなるp側コ
ンタクト層からp−Al0.14Ga0.86N/Ga
Nの超格子構造よりなるp側クラッド層まで部分的にエ
ッチングしてなる幅3μmのリッジ形状のストライプを
有し、n−GaNよりなるn側コンタクト層をエッチン
グにより露出させてその露出面に形成されたn電極、及
びストライプの最上部に形成されたp電極を有し、更に
各電極を除いてエッチングにより露出されたストライプ
の側面や露出平面等にSiO2よりなる絶縁膜を形成し
てなる窒化物半導体レーザ素子を示している。そして、
この窒化物半導体レーザ素子は、単一モードのアスペク
ト比が約4のレーザ光を得ることができる。2. Description of the Related Art The present inventors, on a sapphire substrate,
On a nitride semiconductor substrate made of n-GaN selectively grown via a partially formed SiO 2 film, a plurality of nitride semiconductor layers serving as a laser element structure are stacked, and the sapphire substrate is removed. A nitride semiconductor laser device capable of continuous oscillation at room temperature for 10,000 hours or more by forming a resonance surface by cleavage has been announced. For example, Jpn.J.Appl.Phy
s.Vol.37 (1998) pp.L309-L312, Part2, No.3B, 15 March
1998. FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view similar to that shown in the above-mentioned JJAP as a conventional laser element. FIG. 6 shows that p-Al 0.14 Ga 0.86 N / Ga is formed from the p-side contact layer made of p-GaN.
It has a ridge-shaped stripe with a width of 3 μm formed by partially etching up to a p-side cladding layer having a superlattice structure of N. The n-side contact layer made of n-GaN is exposed by etching and formed on the exposed surface. An insulating film made of SiO 2 is formed on a side surface or an exposed plane of a stripe which is exposed by etching except for each electrode, and has an n electrode formed thereon and a p electrode formed on the uppermost portion of the stripe. 1 shows a nitride semiconductor laser device. And
This nitride semiconductor laser device can obtain laser light having a single mode aspect ratio of about 4.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記レ
ーザ素子は、寿命特性が良好で、単一モードのレーザ光
が得られるものの、そのレーザ光がアスペクト比4の長
楕円形であるために、レーザ素子を種種の製品に応用す
るにはレーザビームの絞りや、レンズ設計がやや困難と
なる。レーザ素子を用いて種種の製品を製造する場合に
は、レーザ光のアスペクト比が1.0に近い円形である
ことが望ましい。そこで、本発明の目的は、レーザ光の
アスペクト比を小さくし、レーザ光を用いた製品の作製
にあたって、レーザビームの絞りやレンズ設計が容易と
なる窒化物半導体レーザ素子を提供することである。However, although the above laser device has a good life characteristic and can obtain a single mode laser beam, it has a long elliptical shape with an aspect ratio of 4 and thus has a laser beam. To apply the element to various products, it becomes somewhat difficult to stop the laser beam and design the lens. When various kinds of products are manufactured using a laser element, it is desirable that the aspect ratio of the laser beam is a circle close to 1.0. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a nitride semiconductor laser device that reduces the aspect ratio of laser light and facilitates laser beam aperture and lens design when manufacturing a product using laser light.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は下記構成
(1)〜(4)により本発明の目的を達成することがで
きる。 (1) Alを含む窒化物半導体層を有するp側及びn
側のクラッド層の間に、InGaNを少なくとも有する
活性層を含む導波路領域を有し、前記p側クラッド層の
上に、p側コンタクト層が積層されてなる窒化物半導体
レーザ素子において、前記p側クラッド層は、クラッド
層全体の厚さを2.0μm以下とし、かつそのp側クラ
ッド層に含まれるAl平均組成(%)との積が4.4以
上となるように構成されてなり、前記p側コンタクト層
側からp側クラッド層と導波路領域との界面よりも基板
側にかけてエッチングして形成された幅0.5〜2.0
μmのリッジ形状のストライプを有し、該ストライプの
両側面及びその側面と連続した窒化物半導体層の平面
に、屈折率が前記導波路領域の平均の屈折率より0.1
以上小さい値を有する絶縁膜を有し、更に該絶縁膜を介
して、少なくとも前記ストライプの最上層にあるp側コ
ンタクト層の表面全面に接するようにp電極が設けられ
ていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 (2) Alを含む窒化物半導体層を有するp側及びn
側のクラッド層の間に、InGaNを少なくとも有する
活性層を含む導波路領域を有し、前記p側クラッド層の
上に、p側コンタクト層が積層されてなる窒化物半導体
レーザ素子において、前記n側クラッド層は、少なくと
もAlを含む窒化物半導体層を有する超格子よりなり、
そのn側クラッド層全体の厚さが0.5μm以上とし、
かつそのn側クラッド層に含まれるAl平均組成(%)
との積が4.4以上となるように構成されてなり、前記
p側コンタクト層側からp側クラッド層と導波路領域と
の界面よりも基板側にかけてエッチングして形成された
幅0.5〜2.0μmのリッジ形状のストライプを有
し、該ストライプの両側面及びその側面と連続した窒化
物半導体層の平面に、屈折率が前記導波路領域の平均の
屈折率より0.1以上小さい値を有する絶縁膜を有し、
更に該絶縁膜を介して、少なくとも前記ストライプの最
上層にあるp側コンタクト層の表面全面に接するように
p電極が設けられていることを特徴とする窒化物半導体
レーザ素子。 (3) 前記リッジ形状のストライプが、ストライプの
端面の幅よりストライプの中央の幅が大きくなるように
形成されていることを特徴とする前記(1)又は(2)
に記載の窒化物半導体レーザ素子。 (4) 前記リッジ形状のストライプが、p側コンタク
ト層側から導波路領域とn側クラッド層との界面よりも
基板側にかけてエッチングして形成されていることを特
徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の窒
化物半導体レーザ素子。That is, the present invention can achieve the object of the present invention by the following constitutions (1) to (4). (1) p-side having nitride semiconductor layer containing Al and n
Between the side of the cladding layer, having a waveguide region including the active layer having at least a InGaN, on the p-side cladding layer, in the nitride semiconductor laser device p-side contact layer are stacked, the p The side cladding layer is clad
The thickness of the entire layer is 2.0 μm or less, and the p-side
The product with the average Al composition (%) contained in the pad layer is 4.4 or less.
It is configured such that the upper, the formed by etching toward the substrate side from the interface of the p-side contact layer side and p-side cladding layer and the waveguide region width 0.5-2.0
μm has a ridge-shaped stripe, and the refractive index is 0.1 % higher than the average refractive index of the waveguide region on both sides of the stripe and the plane of the nitride semiconductor layer continuous with the side surface.
A p-electrode is provided so as to be in contact with at least the entire surface of the p-side contact layer on the uppermost layer of the stripe via the insulating film. Nitride semiconductor laser device. (2) p-side and n-side having nitride semiconductor layer containing Al
Between the side of the cladding layer, having a waveguide region including the active layer having at least a InGaN, on the p-side cladding layer, in the nitride semiconductor laser device p-side contact layer are stacked, the n At least the side cladding layer
Also comprises a superlattice having a nitride semiconductor layer containing Al,
The thickness of the entire n-side cladding layer is 0.5 μm or more,
And Al average composition (%) contained in the n-side cladding layer
And a width of 0.5 formed by etching from the p-side contact layer side to the substrate side from the interface between the p-side cladding layer and the waveguide region. Having a ridge-shaped stripe of about 2.0 μm, and having a refractive index of 0 or less than the average refractive index of the waveguide region on both side surfaces of the stripe and the plane of the nitride semiconductor layer continuous with the side surfaces thereof. Having an insulating film having a value smaller than 1 ;
A nitride semiconductor laser device further comprising a p-electrode provided so as to be in contact with at least the entire surface of the p-side contact layer on the uppermost layer of the stripe via the insulating film. (3) The (1) or (2), wherein the ridge-shaped stripe is formed such that the width of the center of the stripe is larger than the width of the end face of the stripe.
3. The nitride semiconductor laser device according to item 1. (4) The ridge-shaped stripe is formed by etching from the p-side contact layer side to the substrate side from the interface between the waveguide region and the n-side cladding layer. The nitride semiconductor laser device according to any one of 3).
【0005】更に本発明の好ましいその他の構成とし
て、下記構成を挙げることができる。 (5) 前記p及びn側クラッド層の少なくとも一方
が、Alを含む窒化物半導体を有する超格子構造である
ことを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載
の窒化物半導体レーザ素子。 (6) 前記活性層、クラッド層及びコンタクト層が、
窒化物半導体の横方向の成長を利用して成長させた窒化
物半導体基板上に成長されてなることを特徴とする前記
(1)〜(5)のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ
素子。 (7) 前記窒化物半導体レーザ素子のアスペクト比
が、1.0〜3.0であることを特徴とする前記(1)
〜(6)のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。[0005] Further, as another preferable configuration of the present invention, the following configuration can be cited. (5) The nitride semiconductor according to any one of (1) to (4), wherein at least one of the p-side and n-side cladding layers has a superlattice structure including a nitride semiconductor containing Al. Laser element. (6) The active layer, the cladding layer, and the contact layer,
The nitride semiconductor laser device according to any one of (1) to (5), wherein the nitride semiconductor laser device is grown on a nitride semiconductor substrate grown by utilizing lateral growth of the nitride semiconductor. (7) The aspect (1), wherein the nitride semiconductor laser device has an aspect ratio of 1.0 to 3.0.
The nitride semiconductor laser device according to any one of (1) to (6).
【0006】つまり、本発明の窒化物半導体レーザ素子
は、上記の如く、リッジ形状のストライプを形成する際
に、ストライプの幅及びエッチング量を特定してストラ
イプを形成し、形成されたストライプの側面に導波路領
域の屈折率より小さい値の屈折率を有する絶縁膜を設
け、更に形成されたストライプの最上面の全面にp電極
を接して形成することにより、水平横モードを調整で
き、アスペクト比の値を小さくすることができる。That is, in the nitride semiconductor laser device of the present invention, as described above, when forming a ridge-shaped stripe, the stripe is formed by specifying the width and etching amount of the stripe, and the side surface of the formed stripe is formed. The horizontal and lateral modes can be adjusted by providing an insulating film having a refractive index smaller than the refractive index of the waveguide region on the entire surface and forming a p-electrode in contact with the entire top surface of the formed stripe. Can be reduced.
【0007】従来、ストライプ幅を小さくすることで横
モードが基本モードになることや、エッチングの量とス
トライプの両側面に屈折率の異なるものを設けることで
レーザ素子が屈折率型となることは理論的に知られてい
る。しかしながら、前記J.J.A.P.に記載の公知の窒化物
半導体レーザ素子のアスペクト比は4であり、実際にア
スペクト比が1.0〜3.0となるような窒化物半導体
レーザ素子は得られていない。Conventionally, the transverse mode becomes the fundamental mode by reducing the stripe width, and the laser element becomes the refractive index type by providing the etching amount and the different refractive index on both side surfaces of the stripe. Known in theory. However, the aspect ratio of the known nitride semiconductor laser device described in JJAP is 4, and a nitride semiconductor laser device having an aspect ratio of 1.0 to 3.0 has not been actually obtained.
【0008】これに対し、本発明者等は、横モードの基
本モード化、水平横方向の光閉じ込めの強化のために、
上記本発明の如く種種の構成を組み合わせることによ
り、窒化物半導体レーザ素子のレーザ光のアスペクト比
を約1.0〜3.0とすることができる。On the other hand, the inventors of the present invention have proposed a method of converting the transverse mode into a fundamental mode and enhancing light confinement in the horizontal and lateral directions.
By combining the various configurations as in the present invention, the aspect ratio of the laser light of the nitride semiconductor laser device can be set to about 1.0 to 3.0.
【0009】本発明において、絶縁膜が、導波路領域の
屈折率より0.1以上小さい値を有すると、水平横方向
の光閉じ込めの点で好ましい。また本発明において、リ
ッジ形状のストライプが、ストライプの端面の幅よりス
トライプの中央の幅が大きくなるようにエッチングして
形成されていると、及び/または、p側コンタクト層側
から導波路領域とn側クラッド層との界面よりも基板側
にかけてエッチングして形成されていると、アスペクト
比を調整し易くなり好ましい。In the present invention, it is preferable that the insulating film has a value smaller than the refractive index of the waveguide region by 0.1 or more in terms of light confinement in the horizontal and horizontal directions. In the present invention, if the ridge-shaped stripe is formed by etching so that the width of the center of the stripe is larger than the width of the end face of the stripe, and / or the waveguide region is formed from the p-side contact layer side. It is preferable that the layer be formed by etching from the interface with the n-side cladding layer toward the substrate side, because the aspect ratio can be easily adjusted.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下に本発明の窒化物半導体レー
ザ素子(以下単にレーザ素子という場合がある。)を更
に詳細に説明する。本発明の窒化物半導体レーザ素子
は、Alを含む窒化物半導体層を有するp側及びn側の
クラッド層の間に、InGaNを少なくとも有する活性
層を含む導波路領域を有し、前記p側クラッド層の上
に、p側コンタクト層が積層されてなる素子構造を少な
くとも有し、前記p側コンタクト層側からp側クラッド
層と導波路領域との界面より基板側までエッチングして
形成された幅0.5〜2.0μmのリッジ形状のストラ
イプを有し、該ストライプの両側面及びその側面と連続
した窒化物半導体層の平面に、屈折率が導波路領域の屈
折率より小さい値を有する絶縁膜を有し、更に該絶縁膜
を介して、少なくとも前記ストライプの最上層にあるp
側コンタクト層の表面全面に接するようにp電極が設け
られてある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a nitride semiconductor laser device (hereinafter sometimes simply referred to as a laser device) of the present invention will be described in more detail. The nitride semiconductor laser device of the present invention has a waveguide region including an active layer containing at least InGaN between a p-side cladding layer and a n-side cladding layer having a nitride semiconductor layer containing Al. A layer formed by laminating a p-side contact layer on the layer, and a width formed by etching from the p-side contact layer side to the substrate side from the interface between the p-side cladding layer and the waveguide region. Insulation having a ridge-shaped stripe of 0.5 to 2.0 μm and having a refractive index smaller than the refractive index of the waveguide region on both sides of the stripe and a plane of the nitride semiconductor layer continuous with the side. A p-layer at least in the uppermost layer of the stripe through the insulating film.
A p-electrode is provided so as to be in contact with the entire surface of the side contact layer.
【0011】本発明において、ストライプの幅とは、レ
ーザ光を放出する共振面を有する素子端部に位置する少
なくとも一方のストライプ端部の幅であり、ストライプ
の中央部の幅が上記範囲より大きい値を有していてもよ
い。In the present invention, the width of the stripe is the width of at least one stripe end located at the end of the element having the resonance surface for emitting laser light, and the width of the center of the stripe is larger than the above range. It may have a value.
【0012】本発明において、ストライプは、基板上に
素子構造となる各窒化物半導体層を積層成長させてい
き、最上層のp側コンタクト層を積層させた後、p側コ
ンタクト層側からエッチングしリッジ形状のストライプ
として形成される。エッチング量は、p側コンタクト層
から、p側クラッド層と導波路領域との界面よりも基板
側にかけて、好ましくは導波路領域とn側クラッド層と
の界面よりも基板側にかけてエッチングされる。このよ
うにエッチング量を調整すると、横方向の光閉じ込めが
大きくなり好ましく、またレーザ素子のしきい値が著し
く低下し好ましい。また、エッチング量は、とくに限定
されないが、素子の性能等の点から、例えばn電極を形
成可能な窒化物半導体層まで、または基板が窒化物半導
体基板である場合は、基板上に形成されているn側コン
タクト層やn側クラッド層までである。In the present invention, the stripes are formed by laminating nitride semiconductor layers having an element structure on a substrate, stacking an uppermost p-side contact layer, and then etching from the p-side contact layer side. It is formed as a ridge-shaped stripe. The etching amount is from the p-side contact layer to the substrate side from the interface between the p-side cladding layer and the waveguide region, and preferably to the substrate side from the interface between the waveguide region and the n-side cladding layer. Adjusting the etching amount in this manner is preferable because the light confinement in the lateral direction is increased, and the threshold value of the laser element is significantly reduced. Further, the etching amount is not particularly limited, but from the viewpoint of the performance of the element, for example, up to a nitride semiconductor layer capable of forming an n-electrode, or formed on a substrate when the substrate is a nitride semiconductor substrate. N-side contact layer and n-side cladding layer.
【0013】更に、リッジ形状のストライプを形成する
際に、ストライプ幅が0.5〜2.0μm、好ましくは
0.5〜1.0μmとなるように調整してエッチングさ
れる。ストライプの幅が上記範囲であると、水平横モー
ドが基本モードとなり易く、しきい値の上昇が抑えられ
る。Further, when forming a ridge-shaped stripe, etching is performed while adjusting the stripe width to 0.5 to 2.0 μm, preferably 0.5 to 1.0 μm. When the width of the stripe is within the above range, the horizontal / lateral mode is likely to be the basic mode, and the rise of the threshold is suppressed.
【0014】また、本発明において、ストライプの平面
形状(素子を真上から見た場合の形状)が、ストライプ
の端部に接近するに従い狭くなるように形成されている
と、アスペクト比の調整がし易くなり好ましい。この場
合のストライプの幅は、少なくとも一方のストライプの
端部での幅が上記範囲であればよく、ストライプの中央
部の幅が上記範囲より大きい値でもよい。このようにス
トライプの平面形状が端部に接近するに従い狭くなる具
体的なストライプの平面形状としては、本出願人が出願
した特願平9−352540号明細書に記載のものが挙
げられる。その一例として、例えば図3に、共振面に接
近するに従いストライプの幅が中心分部から徐々に細く
なるストライプの平面形状が挙げられる。In the present invention, if the planar shape of the stripe (the shape when the element is viewed from directly above) is formed so as to become narrower as approaching the end of the stripe, the aspect ratio can be adjusted. It is preferable because it is easy to perform. In this case, the width of the stripe may be such that the width at the end of at least one of the stripes is within the above range, and the width of the center of the stripe may be a value larger than the above range. A specific example of the planar shape of the stripe in which the planar shape of the stripe becomes narrower as approaching the end portion is that described in Japanese Patent Application No. 9-352540 filed by the present applicant. As one example, for example, FIG. 3 shows a planar shape of a stripe in which the width of the stripe gradually decreases from the central portion as approaching the resonance surface.
【0015】更にまた、本発明において、絶縁膜は、導
波路領域の屈折率より小さい値を有する絶縁性のもので
あればいずれでもよく、好ましくは絶縁膜の屈折率が、
導波路領域の屈折率より0.1以上小さい値のもの、よ
り好ましくは0.3以上小さい値のもの、更に好ましく
は0.7以上小さい値ものが挙げられる。屈折率の上限
としては1.0以下である。このようにストライプの側
面に形成される屈折率が0.1以上小さいと、水平横方
向の光閉じ込めの点で好ましい。導波路領域の屈折率
は、導波路領域を構成する層により屈折率がやや左右す
るので、導波路領域の平均の屈折率により適宜絶縁膜を
選択して用いられる。本発明に用いられる絶縁膜として
は、具体的に、例えば、屈折率が約1.6〜2.3付近
の値を有する、Si、V、Zr、Nb、Hf、Taより
なる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化
物や、BN、AlN等が挙げられる。これらの絶縁膜を
用いるとアスペクト比を良好に調節でき好ましい。ここ
で、本発明のレーザ素子として実施例等に記載の導波路
領域の屈折率は、約2.3〜2.5付近であり、ストラ
イプの側面に形成される絶縁膜として屈折率の差が0.
1以上小さいものを適宜選択して用いることが好まし
い。また、後述の第1の工程から第4の工程を有するス
トライプ等を形成する方法において好ましい絶縁膜とし
ては、工程での操作性等の点から、上記のSi酸化物以
外のものが挙げられ、より好ましくは、Zr及びHfの
酸化物のいずれか1種以上の元素や、BNである。ま
た、Si酸化物を絶縁膜として用いる場合、エッチング
またはリフトオフ法などの処理条件の調整や、エッチン
グする際のマスク材の選択等を行い、ストライプの側面
にSi酸化物を形成できるような条件により行われる。
なお上記SiCは、スパッタ、蒸着等のPVDによる製
膜ではアモルファス状になるため絶縁体であり、また
n、p型の不純物を含んでいないSiCも絶縁体であ
る。Further, in the present invention, the insulating film may be any insulating film having a value smaller than the refractive index of the waveguide region, and preferably the insulating film has a refractive index of
A value smaller than the refractive index of the waveguide region by 0.1 or more, more preferably a value smaller than 0.3 or more, more preferably a value smaller than 0.7 or more. The upper limit of the refractive index is 1.0 or less. When the refractive index formed on the side surface of the stripe is smaller than 0.1, it is preferable in terms of confining light in the horizontal and horizontal directions. Since the refractive index of the waveguide region slightly depends on the layer constituting the waveguide region, an insulating film is appropriately selected and used according to the average refractive index of the waveguide region. The insulating film used in the present invention is specifically selected from the group consisting of, for example, Si, V, Zr, Nb, Hf, and Ta having a refractive index of about 1.6 to about 2.3. Oxides containing at least one element, BN, AlN, and the like. It is preferable to use these insulating films because the aspect ratio can be adjusted well. Here, the refractive index of the waveguide region described in the examples and the like as the laser device of the present invention is about 2.3 to 2.5, and the difference in the refractive index as an insulating film formed on the side surface of the stripe is small. 0.
It is preferable that one or more smaller ones be appropriately selected and used. In addition, as a preferable insulating film in a method of forming a stripe or the like having a first step to a fourth step to be described later, a material other than the above-described Si oxide is used in terms of operability in the step, and the like. More preferably, it is BN or at least one element of oxides of Zr and Hf. In the case where a silicon oxide is used as the insulating film, adjustment of processing conditions such as etching or a lift-off method, selection of a mask material at the time of etching, and the like are performed, and conditions are set such that the silicon oxide can be formed on the side surfaces of the stripe. Done.
Note that SiC is an insulator because it becomes amorphous in film formation by PVD such as sputtering or vapor deposition, and SiC containing no n-type or p-type impurities is also an insulator.
【0016】本発明の窒化物半導体レーザ素子の絶縁膜
を両側面に有するリッジ形状のストライプを形成する方
法としては、上記の形状のストライプ等が得られれば特
に限定されない。また、ストライプの両側面に形成され
た絶縁膜を介して、ストライプの最上面のp側コンタク
ト層表面の全面に形成されるp電極の形成方法は、スト
ライプの最上層のp側コンタクト層の全面に接するよう
に絶縁膜を介して形成されていればよい。またp電極と
なる電極材料は、p側コンタクト層とオーミック接触が
得られる電極材料であれば特に限定されず、種種のもの
を用いることができる。またストライプの側面に形成さ
れる絶縁膜として2層以上を形成してもよい。本発明に
おいて、リッジ形状のストライプ及びp電極の形成方法
は、上記の如く限定されるものではないが、例えば具体
的に好ましい形成方法として以下に示す方法が挙げられ
る。The method of forming the ridge-shaped stripe having the insulating film on both sides of the nitride semiconductor laser device of the present invention is not particularly limited as long as the stripe having the above-mentioned shape can be obtained. The method of forming a p-electrode formed on the entire surface of the uppermost p-side contact layer of the stripe via the insulating films formed on both side surfaces of the stripe is as follows. What is necessary is just to form via an insulating film so that it may contact. The electrode material to be the p-electrode is not particularly limited as long as it is an electrode material that can achieve ohmic contact with the p-side contact layer, and various kinds of materials can be used. Further, two or more layers may be formed as insulating films formed on the side surfaces of the stripe. In the present invention, the method of forming the ridge-shaped stripe and the p-electrode is not limited as described above. For example, the following method is specifically preferable.
【0017】まず、Alを含む窒化物半導体を有するp
側クラッド層の上に、p側コンタクト層を積層した後、
そのp側コンタクト層の表面に、ストライプ状の第1の
保護膜を形成する第1の工程と、第1の保護膜を介し
て、該第1の保護膜が形成されていない部分の窒化物半
導体をエッチングして、保護膜直下部分にリッジ形状の
ストライプを形成する第2の工程と、第2の工程後、第
1の保護膜と異なる材料であって、絶縁性を有する第2
の保護膜を、ストライプの側面及びエッチングされて露
出した窒化物半導体層の平面に形成する第3の工程と、
第3の工程後、第1の保護膜を除去して、前記第2の保
護膜と最上層のp型窒化物半導体層の表面に、そのp側
コンタクト層と電気的に接続した電極を形成する第4の
工程とを行うことによりリッジ形状のストライプ及び電
極等を形成することができる。First, p having a nitride semiconductor containing Al
After laminating the p-side contact layer on the side cladding layer,
A first step of forming a stripe-shaped first protective film on the surface of the p-side contact layer, and a nitride in a portion where the first protective film is not formed via the first protective film. A second step of etching the semiconductor to form a ridge-shaped stripe immediately below the protective film; and, after the second step, a second insulating material made of a material different from that of the first protective film.
Forming a protective film on the side surfaces of the stripe and the plane of the nitride semiconductor layer exposed by etching;
After the third step, the first protective film is removed, and an electrode electrically connected to the p-side contact layer is formed on the surface of the second protective film and the uppermost p-type nitride semiconductor layer. By performing the fourth step, a ridge-shaped stripe, an electrode, and the like can be formed.
【0018】上記形成方法において、第2の保護膜が導
波路領域の屈折率より小さい値の絶縁膜となる。また第
2の工程において、エッチング量をp側クラッド層と導
波路領域との界面よりも基板側にかけて行い、窒化物半
導体にリッジ形状のストライプが形成され、そのストラ
イプの側面と連続した窒化物半導体の平面が露出され
る。本発明において、エッチング量とは、p側コンタク
ト層から基板側に向かってどの程度エッチングするかを
示し、例えば、エッチング量を活性層までとする場合
は、活性層となる窒化物半導体の平面が露出する程度ま
でp側コンタクト層からエッチングすることを示す。In the above method, the second protective film is an insulating film having a value smaller than the refractive index of the waveguide region. Further, in the second step, the etching amount is applied to the substrate side from the interface between the p-side cladding layer and the waveguide region, a ridge-shaped stripe is formed in the nitride semiconductor, and the nitride semiconductor is continuous with the side surface of the stripe. Is exposed. In the present invention, the etching amount indicates how much etching is performed from the p-side contact layer toward the substrate side. For example, when the etching amount is up to the active layer, the plane of the nitride semiconductor to be the active layer is This indicates that etching is performed from the p-side contact layer to the extent that it is exposed.
【0019】また第1の工程において、ストライプの第
1の保護膜を形成する方法としては、p型窒化物半導体
層最上層のほぼ全面に第1の保護膜を形成し、その第1
の保護膜の上にストライプ状の第3の保護膜を形成した
後、その第3の保護膜を介して、第1の保護膜をストラ
イプ状にエッチングする工程により、第1の保護膜を形
成することが挙げられる。In the first step, as a method of forming a first protective film of a stripe, a first protective film is formed on almost the entire uppermost layer of the p-type nitride semiconductor layer, and the first protective film is formed.
Forming a third protection film in a stripe shape on the first protection film, and then etching the first protection film in a stripe shape through the third protection film to form the first protection film. It is mentioned.
【0020】上記第1〜第4の工程よりなるストライプ
及び電極等を形成する方法を図1及び図2を用いて更に
詳細に説明する。図1及び図2は、形成方法の工程を説
明するための、窒化物半導体ウェーハの部分的な構造を
示す模式的な断面図であり、エッチングにより形成した
ストライプに対し垂直方向、即ち共振面に対して平行方
向で切断した際の図を示している。 第1の工程では図
1(c)に示すように、最上層にあるp側コンタクト層
13の上にストライプ状の第1の保護膜61を形成す
る。The method of forming stripes, electrodes, and the like in the first to fourth steps will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing the partial structure of a nitride semiconductor wafer for explaining the steps of the formation method, and are perpendicular to the stripe formed by etching, that is, on the resonance surface. On the other hand, a diagram when cut in a parallel direction is shown. In the first step, as shown in FIG. 1C, a stripe-shaped first protective film 61 is formed on the uppermost p-side contact layer 13.
【0021】図1(a)、(b)は前記第1の保護膜6
1を形成するための一実施の形態である具体的な工程を
示すものである。図1(a)に示すように、第1の保護
膜61をp側コンタクト層13の表面のほぼ全面に形成
し、次にその第1の保護膜61の上にストライプ状の第
3の保護膜63を形成する。その後、図1(b)に示す
ように、その第3の保護膜63をつけたまま、第1の保
護膜61をエッチングした後、第3の保護膜63を除去
すれば、図1(c)に示すようなストライプ状の第1の
保護膜61を形成することができる。なお第3の保護膜
63をつけたままエッチングガス、若しくはエッチング
手段等を変えて、p側コンタクト層13側からエッチン
グすることもできる。FIGS. 1A and 1B show the first protective film 6.
1 is a diagram showing a specific process which is an embodiment for forming 1; As shown in FIG. 1A, a first protective film 61 is formed on substantially the entire surface of the p-side contact layer 13, and then a third protective film having a stripe shape is formed on the first protective film 61. A film 63 is formed. After that, as shown in FIG. 1B, after the first protective film 61 is etched while the third protective film 63 is still attached, the third protective film 63 is removed. The first protective film 61 having a stripe shape as shown in FIG. Note that the etching can be performed from the p-side contact layer 13 side by changing the etching gas or the etching means while the third protective film 63 is attached.
【0022】また図1(c)に示すようなストライプ状
の第1の保護膜61を形成するにはリフトオフ法を用い
ることもできる。即ち、ストライプ状の孔が開いた形状
のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストの上か
ら全面に第1の保護膜61を形成し、その後フォトレジ
ストを溶解除去することにより、p側コンタクト層13
と接触している第1の保護膜61のみを残す手段であ
る。なおリフトオフ法でストライプ状の第1の保護膜6
1を形成するよりも、前記図1(a)、(b)のように
エッチングにより形成する方が端面がほぼ垂直で形状が
整ったストライプが得られやすい傾向にある。In order to form the first protective film 61 in a stripe shape as shown in FIG. 1C, a lift-off method can be used. That is, a photoresist having a shape in which a striped hole is formed is formed, a first protective film 61 is formed over the entire surface of the photoresist, and then the photoresist is dissolved and removed, thereby forming the p-side contact layer 13.
This is a means for leaving only the first protective film 61 that is in contact with the first protective film 61. The first protective film 6 having a stripe shape is formed by a lift-off method.
1A and 1B, a stripe having an almost perpendicular end face and a uniform shape tends to be easily obtained, as compared with the case of forming No. 1.
【0023】第1の保護膜61としては、特に絶縁性は
問わず、次の第2の工程で行われるエッチングの際に、
窒化物半導体のエッチング速度と差がある材料であれば
どのような材料でもよい。好ましくは、後に形成する第
2の保護膜62との溶解度差を設けるために、第2の保
護膜62よりもエッチングする際に用いられるガスや溶
液に対して溶解されやすい性質を更に兼ね備えている材
料を選択して用いる。例えば後述するように酸を用いた
ドライエッチングの場合、第1の保護膜61として、S
i酸化物(SiO2を含む)や、フォトレジスト等が挙
げられる。これらを用いると、第1〜第4の工程の方法
により屈折率の小さい絶縁膜をストライプの側面に形成
し易くなり好ましい。この場合の酸としては、例えばフ
ッ酸が用いられる。フッ酸を用いる場合の第1の保護膜
61の材料としては、フッ酸に溶解し易いSi酸化物が
好ましく用いられる。第1の保護膜61のストライプ幅
(W)としては、0.5〜2.0μm、好ましくは0.
5μm〜1μmに調整する。第1の保護膜61のストラ
イプ幅が、およそ導波路領域のストライプ幅に相当す
る。このようにストライプ幅を調整すると水平横オード
が基本モードになり易くアスペクト比の調整において好
ましく、またしきい値の上昇が抑えられ寿命特性が向上
し好ましい。第3の保護膜としては、フォトリソグラフ
ィで用いられるレジストなどが用いられる。The first protective film 61 is not particularly limited in insulating properties, and may be used at the time of etching performed in the next second step.
Any material having a difference from the etching rate of the nitride semiconductor may be used. Preferably, in order to provide a solubility difference with a second protective film 62 to be formed later, the second protective film 62 further has a property of being more easily dissolved in a gas or a solution used in etching than the second protective film 62. Select and use materials. For example, in the case of dry etching using an acid as described later, the first protective film 61 is made of S
i-oxide (including SiO 2 ), photoresist and the like. The use of these is preferable because an insulating film having a small refractive index can be easily formed on the side surface of the stripe by the methods of the first to fourth steps. In this case, for example, hydrofluoric acid is used as the acid. As a material of the first protective film 61 in the case of using hydrofluoric acid, a Si oxide which is easily dissolved in hydrofluoric acid is preferably used. The stripe width (W) of the first protective film 61 is 0.5 to 2.0 μm, preferably 0.1 to 2.0 μm.
Adjust to 5 μm to 1 μm. The stripe width of the first protective film 61 approximately corresponds to the stripe width of the waveguide region. Adjusting the stripe width in this manner is preferable in adjusting the aspect ratio because the horizontal mode is likely to be in the basic mode, and is preferable because the increase in the threshold value is suppressed and the life characteristics are improved. As the third protective film, a resist used in photolithography or the like is used.
【0024】次に第2の工程では図2(d)に示すよう
に、第1の保護膜61を介して、該第1の保護膜61が
形成されていない部分のp側コンタクト層13からエッ
チングして、第1の保護膜61の直下部分に保護膜の形
状に応じたストライプを形成する。第2の工程におい
て、エッチング量は、p側クラッド層と導波路領域との
界面よりも基板側にかけて、好ましくは導波路領域とn
側クラッド層との界面よりも基板側にかけてである。図
2(d)に示す例ではn側コンタクト層5の途中までエ
ッチングしている。また図2の(d)のストライプを構
成しているp側コンタクト層からn側コンタクト層の間
のその他の素子構成としては、p側クラッド層12、p
側光ガイド層11、p側キャップ層10、活性層9、n
側光ガイド層8、n側クラッド層7、クラック防止層6
である。このようにエッチングすることにより、リッジ
形状のストライプを有する屈折率導波路型レーザ素子が
でき、このレーザ素子は、水平横方向の光閉じ込めが良
好となり、さらにしきい値が著しく低下する傾向があり
好ましい。Next, in a second step, as shown in FIG. 2D, a portion of the p-side contact layer 13 where the first protective film 61 is not formed is interposed via the first protective film 61. By etching, a stripe corresponding to the shape of the protective film is formed immediately below the first protective film 61. In the second step, the amount of etching is preferably from the interface between the p-side cladding layer and the waveguide region to the substrate side, preferably between the waveguide region and n.
This is from the interface with the side cladding layer to the substrate side. In the example shown in FIG. 2D, the etching is performed partway through the n-side contact layer 5. Other element configurations between the p-side contact layer and the n-side contact layer forming the stripe of FIG. 2D include a p-side cladding layer 12 and a p-side cladding layer 12.
Side light guide layer 11, p-side cap layer 10, active layer 9, n
Side light guide layer 8, n-side cladding layer 7, crack prevention layer 6
It is. By etching as described above, a refractive index waveguide type laser device having a ridge-shaped stripe can be obtained. This laser device has good horizontal and horizontal light confinement, and further has a tendency that the threshold value is significantly lowered. preferable.
【0025】第1及び第2の工程において、エッチング
手段としては、特に限定されず、ウエットエッチング、
ドライエッチング等が挙げられ、前記したように第1の
保護膜や第2の保護膜をどのように選択して用いるかに
よりエッチング手段が選択され用いられる。好ましくは
ドライエッチングが用いられる。例えば第1の工程で第
1の保護膜61としてSi酸化物を用いる場合、第1の
保護膜61をエッチングする手段としては、RIE(反
応性イオンエッチング)のようなドライエッチングが挙
げられ、RIEのエッチングガスとしてはCF4のよう
なフッ素化合物系のガスを用いることが望ましい。更
に、第1の保護膜61を形成後に第2の工程において窒
化物半導体をエッチングする方法としては、例えば、他
のIII−V族化合物半導体で用いられている、Cl2、
CCl4、SiCl4のような塩素系のガスを用いて行
われる。このような塩素系のガスを用いると、窒化物半
導体とSi酸化物からなる第1の保護膜61とのエッチ
ングによる溶解度の差が大きくなり、選択性比が大きく
できるため望ましい。In the first and second steps, the etching means is not particularly limited, and may be wet etching,
Dry etching and the like are mentioned, and as described above, an etching means is selected and used depending on how the first protective film and the second protective film are selected and used. Preferably, dry etching is used. For example, in the case where Si oxide is used as the first protective film 61 in the first step, as a means for etching the first protective film 61, dry etching such as RIE (reactive ion etching) may be used. It is desirable to use a fluorine compound-based gas such as CF 4 as the etching gas. Furthermore, as a method of etching the nitride semiconductor in the second step after forming the first protective film 61, for example, Cl 2 , which is used in other III-V compound semiconductors,
This is performed using a chlorine-based gas such as CCl 4 or SiCl 4 . The use of such a chlorine-based gas is preferable because the difference in solubility between the nitride semiconductor and the first protective film 61 made of Si oxide due to etching increases, and the selectivity ratio can be increased.
【0026】次に第3の工程では、図2(e)に示すよ
うに、絶縁性を有する第2の保護膜62を、リッジ形状
のストライプの側面と、エッチングされて露出した窒化
物半導体層の平面、図2(e)では、n側コンタクト層
5の平面、とに形成する。第2の保護膜62としては、
導波路領域の屈折率より小さい値の絶縁膜であり、且つ
前記の第1の保護膜61とエッチングによる溶解度の異
なる材料から選択して用いられる。好ましくは、前記の
リッジ形状のストライプの側面に形成される絶縁膜の材
料から選択して用いる。例えば、前記したようにSi酸
化物よりなる第1の保護膜61を用いた場合、Si酸化
物がフッ酸に溶解し易いことから、第2の保護膜として
フッ酸に溶解しにくい材料として例えばZrの酸化物
(例えばZrO2)が用いられる。また前記した絶縁膜
の材料の中で、Si酸化物以外は比較的フッ酸に溶解し
にくいので、第1の保護膜61をSi酸化物とすると、
第2の保護膜62として前記した絶縁膜の中から選択で
き好ましい。Next, in the third step, as shown in FIG. 2E, a second protective film 62 having an insulating property is formed on the side surface of the ridge-shaped stripe and the nitride semiconductor layer exposed by etching. 2 (e), and the plane of the n-side contact layer 5 in FIG. 2 (e). As the second protective film 62,
It is an insulating film having a value smaller than the refractive index of the waveguide region and is selected from materials having different solubility by etching from the first protective film 61. Preferably, the material is selected from the material of the insulating film formed on the side surface of the ridge-shaped stripe. For example, when the first protective film 61 made of Si oxide is used as described above, the Si oxide is easily dissolved in hydrofluoric acid. An oxide of Zr (for example, ZrO 2 ) is used. Further, among the above-mentioned materials of the insulating film, the materials other than the Si oxide are relatively difficult to dissolve in hydrofluoric acid. Therefore, if the first protective film 61 is made of Si oxide,
The second protective film 62 is preferably selected from the above-described insulating films.
【0027】このように、エッチング処理において溶解
度が異なる材料を選択して用いると、図2(f)に示す
ように、第1の保護膜61のみを除去して、n側コンタ
クト層5の表面とストライプの側面との両方に連続した
第2の保護膜62を形成することができる。例えば前記
のSi酸化物からなる第1の保護膜61を用いた場合、
第2の保護膜をストライプの側面等に形成後、フッ酸で
処理すると、第1の保護膜61のみを除去することがで
きる。このようにして屈折率の小さい絶縁性の第2の保
護膜62をストライプの側面等に形成することにより、
アスペクト比を調整し易くなり好ましい。また、第1の
保護膜61の上から連続して第2の保護膜62を形成す
ると、n側コンタクト層5の上に均一な膜厚で形成でき
るため、膜厚の不均一が起こりにくく、膜厚の不均一に
起因する電流の集中も発生しなくなる。なお、第2の工
程においてエッチング量をn側コンタクト層5の途中と
しているため、図2(e)では第2の保護膜62はn側
コンタクト層5の平面に形成されるが、エッチング量を
n側コンタクト層5よりも上にすると、当然第2の保護
膜62は、エッチングにより露出された窒化物半導体層
の平面に形成される。As described above, when materials having different solubilities are selected and used in the etching process, only the first protective film 61 is removed and the surface of the n-side contact layer 5 is removed as shown in FIG. The second protective film 62 continuous on both the side and the side of the stripe can be formed. For example, when the first protective film 61 made of the Si oxide is used,
When the second protective film is formed on the side surface of the stripe or the like and then treated with hydrofluoric acid, only the first protective film 61 can be removed. By forming the insulating second protective film 62 having a small refractive index on the side surface of the stripe or the like in this manner,
This is preferable because the aspect ratio can be easily adjusted. In addition, when the second protective film 62 is formed continuously from the first protective film 61, the second protective film 62 can be formed with a uniform film thickness on the n-side contact layer 5, so that the film thickness is less likely to be uneven. Concentration of current due to non-uniform film thickness does not occur. In addition, since the etching amount is set in the middle of the n-side contact layer 5 in the second step, the second protective film 62 is formed on the plane of the n-side contact layer 5 in FIG. Above the n-side contact layer 5, the second protective film 62 is naturally formed on the plane of the nitride semiconductor layer exposed by etching.
【0028】また、第2の保護膜62にSi酸化物を用
いる場合は、エッチングの処理液やガスの調整等、又は
Si酸化物よりなる第2の保護膜62との溶解度に差が
ある材料を選択するなどして、ストライプの側面にSi
酸化物が形成できるような条件により行う。In the case of using Si oxide for the second protective film 62, a material having a difference in solubility with respect to the second protective film 62 made of Si oxide, such as adjustment of an etching treatment liquid or gas, or the like. Select Si on the side of the stripe
The treatment is performed under such conditions that an oxide can be formed.
【0029】また、第1の保護膜61のみを除去し、第
2の保護膜62を所望の部分に形成する方法として、リ
フトオフ法を用いることができる。例えば第1の保護膜
61としてSi酸化物を用い、第2の保護膜62として
Zr酸化物を用いる場合、この第2の保護膜はSi酸化
物からなる第1の保護膜よりもフッ酸に対して溶解しに
くいことから、図2(e)に示すようにリッジ形状のス
トライプの側面、そのストライプが形成されている平面
(エッチングにより露出されている窒化物半導体層の平
面)、及び第1の保護膜61の表面に、Zr酸化物より
なる第2の保護膜を連続して形成された後、リフトオフ
法により、第1の保護膜61のみを除去することができ
る。このように、リフトオフ法を用いると、図2(f)
に示すように、平面に対して膜厚が均一な第2の保護膜
62が形成し易くなる。As a method of removing only the first protective film 61 and forming the second protective film 62 at a desired portion, a lift-off method can be used. For example, when using Si oxide as the first protective film 61 and using Zr oxide as the second protective film 62, the second protective film is more hydrofluoric than the first protective film made of Si oxide. As shown in FIG. 2E, the side surfaces of the ridge-shaped stripe, the plane on which the stripe is formed (the plane of the nitride semiconductor layer exposed by etching), and the first After a second protective film made of Zr oxide is continuously formed on the surface of the protective film 61, only the first protective film 61 can be removed by a lift-off method. As described above, when the lift-off method is used, FIG.
As shown in (2), the second protective film 62 having a uniform thickness with respect to the plane is easily formed.
【0030】次に第4の工程では、図2(f)に示すよ
うに、第1の保護膜61を除去した後に、図2(g)に
示すように、第2の保護膜62とp側コンタクト層13
の上に、そのp側コンタクト層13と電気的に接続した
p電極20をp側コンタクト層13全面、ストライプの
側面、及びn側コンタクト層5の平面に形成する。ここ
で、先に第2の保護膜62を形成しているために、この
p電極20を形成する際に、ストライプ幅の狭いp側コ
ンタクト層13のみに形成する必要がなく、大面積で形
成できる。しかも、オーミック接触を兼ねた電極材料を
選択してオーミックとボンディング用の電極を兼ねた電
極としてp電極20を形成できる。また、ストライプ最
上層のp側コンタクト層の全面に接すようにp電極を形
成すると水平横方向の光閉じ込めが良好となりやすく好
ましい。またp電極がストライプの側面に絶縁膜を介し
て形成されていると、アスペクト比が調整し易くなる。Next, in a fourth step, as shown in FIG. 2F, after the first protective film 61 is removed, as shown in FIG. Side contact layer 13
The p-electrode 20 electrically connected to the p-side contact layer 13 is formed on the entire surface of the p-side contact layer 13, the side surface of the stripe, and the plane of the n-side contact layer 5. Here, since the second protective film 62 is formed first, it is not necessary to form only the p-side contact layer 13 having a narrow stripe width when forming the p-electrode 20, and it is formed in a large area. it can. Moreover, by selecting an electrode material that also serves as an ohmic contact, the p-electrode 20 can be formed as an electrode that also serves as an ohmic and bonding electrode. Further, it is preferable that the p-electrode is formed so as to be in contact with the entire surface of the p-side contact layer at the uppermost layer of the stripe, because light confinement in the horizontal and horizontal directions becomes favorable. If the p-electrode is formed on the side surface of the stripe via an insulating film, the aspect ratio can be easily adjusted.
【0031】次に、本発明の窒化物半導体レーザ素子を
構成する素子構造について説明する。本発明に用いられ
る素子を構成する素子構造としては、少なくともAlを
含む窒化物半導体を有するp側及びn側クラッド層並び
にそのクラッド層の間に、InGaNを有する活性層を
含む導波路領域を有している素子構造であれば特に限定
されない。本発明において、導波路領域としては、p側
クラッド層とn側クラッド層との間に形成された、少な
くとも活性層を有する光を導波する領域を示す。本発明
において、導波路領域には、活性層の他の窒化物半導体
層を有していてもよく、例えば、n側ガイド層、活性
層、キャップ層、p側ガイド層が順に積層されているも
のを挙げることができる。ガイド層やキャプ層として
は、公知の種種のものを用いることができ、例えば後述
の実施例で示す一実施の形態が挙げられる。このよう
に、導波路領域が一種以上の窒化物半導体からなる場
合、各層の屈折率の平均の値を導波路領域の屈折率とす
る。また導波路領域の屈折率は、何種類の窒化物半導体
層から構成されているか、あるいはどのような組成から
構成されているかによって変動する。このため、ストラ
イプの側面等に形成される絶縁膜としては、レーザ素子
として用いられる導波路領域の種類によって、導波路領
域の屈折率より0.1以上小さい屈折率を有する材料を
適宜選択して用いられる。Next, the structure of the nitride semiconductor laser device of the present invention will be described. The element structure constituting the element used in the present invention includes a p-side and an n-side cladding layers having a nitride semiconductor containing at least Al and a waveguide region including an active layer containing InGaN between the cladding layers. There is no particular limitation as long as the element structure is as follows. In the present invention, the waveguide region is a region formed between the p-side cladding layer and the n-side cladding layer and guiding light having at least the active layer. In the present invention, the waveguide region may have another nitride semiconductor layer other than the active layer. For example, an n-side guide layer, an active layer, a cap layer, and a p-side guide layer are sequentially stacked. Things can be mentioned. As the guide layer and the cap layer, known various kinds can be used, and for example, one embodiment shown in Examples described later is given. As described above, when the waveguide region is made of one or more nitride semiconductors, the average value of the refractive index of each layer is defined as the refractive index of the waveguide region. Further, the refractive index of the waveguide region varies depending on how many kinds of nitride semiconductor layers are formed or what composition is used. Therefore, as the insulating film formed on the side surface of the stripe or the like, a material having a refractive index smaller than the refractive index of the waveguide region by 0.1 or more is appropriately selected depending on the type of the waveguide region used as the laser element. Used.
【0032】本発明において、導波路領域の活性層とし
ては、特に限定されず、レーザ素子の活性層として用い
ることができる窒化物半導体であればよく、具体的には
InxGa1−xN(0<x<1)で示される窒化物半
導体が挙げられる。また活性層は、バンドギャップエネ
ルギーの小さい井戸層と、井戸層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きい障壁層とが積層された多重量子井戸
構造(MQW)であることが好ましい。活性層の総膜厚
は、400〜500オングストロームであり、MQWで
ある場合井戸層の膜厚は30〜60オングストローム、
障壁層の膜厚は60〜120オングストロームである。
また、MQWの場合、井戸層が、xを0.1より大きい
値とするInxGa1−xNであり、障壁層が、xを
0.1より小さい値とするInxGa1−xNであるこ
とが好ましい。また、MQWの活性層は、井戸層+障壁
層+・・・・・障壁層のように、井戸層から積層し障壁
層で終わるように窒化物半導体が積層されていることが
好ましい。また活性層は、アンドープでも、n型不純物
及び/又はp型不純物をドープしても良い。不純物は井
戸層、障壁層両方にドープしても良く、いずれか一方に
ドープしてもよい。なお障壁層にのみn型不純物をドー
プすると閾値が低下しやすい。In the present invention, the active layer in the waveguide region is not particularly limited as long as it is a nitride semiconductor that can be used as an active layer of a laser device. Specifically, In x Ga 1 -xN A nitride semiconductor represented by (0 <x <1) is exemplified. The active layer preferably has a multiple quantum well structure (MQW) in which a well layer having a smaller bandgap energy and a barrier layer having a larger bandgap energy than the well layer are stacked. The total thickness of the active layer is 400 to 500 angstroms, and in the case of MQW, the thickness of the well layer is 30 to 60 angstroms.
The thickness of the barrier layer is 60 to 120 angstroms.
Further, when the MQW, well layer, a In x Ga 1-x N to 0.1 greater than the x, barrier layer, and smaller than 0.1 value x In x Ga 1-x N is preferred. Further, it is preferable that the active layer of the MQW is formed by stacking a nitride semiconductor such as a well layer + a barrier layer +... The active layer may be undoped or doped with an n-type impurity and / or a p-type impurity. The impurity may be doped into both the well layer and the barrier layer, or may be doped into either one. Note that if only the barrier layer is doped with an n-type impurity, the threshold value tends to decrease.
【0033】本発明のレーザ素子を構成するクラッド層
は、上記したように少なくともAlを含有する窒化物半
導体であればよいが、以下に好ましい形態のクラッド層
について説明をする。クラッド層は、少なくともAlを
含む窒化物半導体層を有する一層以上の窒化物半導体層
からなり、好ましくはAlを含む窒化物半導体層を有す
る超格子である。クラッド層を超格子構造とすることに
より、垂直横モードが単一モードとなりやすく、さらに
しきい値が低下し好ましい。また、このような超格子構
造のクラッド層と前記した本発明の構成である幅0.5
〜2.0のリッジ形状のストライプの形状等を組み合わ
せると、横モードが単一のアスペクト比の良好なレーザ
光が得られ易くなる。また、クラッド層は、屈折率が活
性層の井戸層よりも小さい窒化物半導体を含む光閉じ込
め層である。The clad layer constituting the laser device of the present invention may be a nitride semiconductor containing at least Al as described above. The clad layer of a preferred embodiment will be described below. The cladding layer is composed of one or more nitride semiconductor layers having at least a nitride semiconductor layer containing Al, and is preferably a superlattice having a nitride semiconductor layer containing Al. When the cladding layer has a superlattice structure, the vertical and transverse modes are likely to be single modes, and the threshold value is further reduced, which is preferable. Further, the cladding layer having such a superlattice structure and the width 0.5,
When a ridge-shaped stripe shape of up to 2.0 is combined, it becomes easy to obtain a laser beam having a single transverse mode and a good aspect ratio. The cladding layer is a light confinement layer containing a nitride semiconductor having a lower refractive index than the well layer of the active layer.
【0034】また、クラッド層が超格子構造である場合
について以下に更に説明する。超格子とは、単一層の膜
厚が100オングストローム以下で、互いに組成が異な
る窒化物半導体層を積層した多層膜構造を指し、好まし
くは70オングストローム以下、さらに好ましくは40
オングストローム以下の膜厚の窒化物半導体層を積層す
る。具体的な構成としては、例えばAlXGa1−XN
(0<X<1)層と、そのAlXGa1−XN層と組成
が異なる他の窒化物半導体層とを積層した超格子とし、
例えばAlXGa1−XN/GaN、AlXGa1−X
N/AlYGa1−YN(0<Y<1、Y<X)、AlX
Ga1−XN/InZGa1−ZN(0<Z<1)等の
3元混晶と3元混晶、若しくは3元混晶と2元混晶との
組み合わせで超格子とすることができる。その中でも最
も好ましくはAlXGa1−XNとGaNとからなる超
格子とする。The case where the clad layer has a super lattice structure will be further described below. The superlattice refers to a multilayer film structure in which a single layer has a thickness of 100 Å or less and nitride semiconductor layers having different compositions are stacked, preferably 70 Å or less, more preferably 40 Å or less.
A nitride semiconductor layer having a thickness of Å or less is stacked. As a specific configuration, for example, Al X Ga 1-X N
(0 <X <1) layer and a superlattice in which another nitride semiconductor layer having a composition different from that of the Al X Ga 1-X N layer is laminated.
For example Al X Ga 1-X N / GaN, Al X Ga 1-X
N / Al Y Ga 1-Y N (0 <Y <1, Y <X), Al X
The superlattice in combination with Ga 1-X N / In Z Ga 1-Z N (0 <Z <1) 3 -element mixed crystal and ternary mixed crystal such as, or ternary mixed crystal and the binary mixed crystal be able to. Most preferably Among them is a superlattice consisting of Al X Ga 1-X N and GaN.
【0035】また、n側クラッド層は、少なくともAl
を含む窒化物半導体層を有する超格子よりなり、そのn
側クラッド層全体の厚さが0.5μm以上で、かつその
n側クラッド層に含まれるAl平均組成を百分率(%)
で表した際に、n側クラッド層全体の厚さ(μm)とA
l平均組成(%)との積が4.4以上となるように構成
することにより、垂直横モードのレーザ光が制御でき
て、シングルモードとなりやすい。n側クラッド層の厚
さが0.5μmよりも薄く、かつそのn側クラッド層全
体の厚さ(μm)とAl平均組成(%)との積が4.4
よりも少ないと、n側クラッド層としての光閉じ込めが
不十分となり、n側のコンタクト層で導波して、FFP
が乱れ、閾値も上昇する傾向にある。好ましい積の値と
しては5.0以上、さらに好ましくは5.4以上にす
る。ベストモードとしては7以上に調整する。Further, the n-side cladding layer is made of at least Al
Consisting of a superlattice having a nitride semiconductor layer containing
The thickness of the entire side cladding layer is 0.5 μm or more, and the average Al composition contained in the n-side cladding layer is expressed as a percentage (%).
When expressed by, the thickness (μm) of the entire n-side cladding layer and A
By configuring so that the product of the 1-average composition (%) becomes 4.4 or more, the laser beam in the vertical / lateral mode can be controlled and the single mode is easily formed. The thickness of the n-side cladding layer is smaller than 0.5 μm, and the product of the thickness (μm) of the entire n-side cladding layer and the average Al composition (%) is 4.4.
If the number is smaller than that, the light confinement as the n-side cladding layer becomes insufficient, and the light is guided by the n-side contact layer, and the FFP
Are disturbed, and the threshold value also tends to increase. A preferable value of the product is 5.0 or more, more preferably 5.4 or more. The best mode is adjusted to 7 or more.
【0036】例えば、前記n側クラッド層の全体の厚さ
を0.8μm以上とし、前記n側クラッド層に含まれる
Al平均組成を5.5%以上とする。この場合の積は
4.4以上である。好ましくはn側クラッド層の全体の
厚さを1.0μm以上とし、そのn側クラッド層に含ま
れるAl平均組成を5.0%以上とする。この場合の積
は5.0以上である。さらに好ましくは、n側クラッド
層の全体の厚さを1.2μm以上とし、そのn側クラッ
ド層に含まれるAl平均組成を4.5%以上とする。こ
の場合の積は5.4以上である。これはn側クラッド層
の膜厚の関係と、超格子よりなるn側クラッド層のAl
平均組成の関係を具体的に示すものである。For example, the total thickness of the n-side cladding layer is 0.8 μm or more, and the average Al composition contained in the n-side cladding layer is 5.5% or more. The product in this case is 4.4 or more. Preferably, the total thickness of the n-side cladding layer is 1.0 μm or more, and the average Al composition contained in the n-side cladding layer is 5.0% or more. The product in this case is greater than or equal to 5.0. More preferably, the total thickness of the n-side cladding layer is 1.2 μm or more, and the average Al composition contained in the n-side cladding layer is 4.5% or more. The product in this case is 5.4 or more. This is because the relationship between the thickness of the n-side cladding layer and the Al
It specifically shows the relationship of the average composition.
【0037】またp側クラッド層についても、p側クラ
ッド層全体の厚さを2.0μm以下とし、かつそのp側
クラッド層に含まれるAl平均組成を百分率(%)で表
した際に、p側クラッド層全体の厚さ(μm)とAl平
均組成(%)との積が4.4以上となるように構成する
こともできる。この構成により垂直横モードのレーザ光
が制御できて、シングルモードとなりやすい。なお、p
側クラッド層よりも、特にn側クラッド層を前記構成と
することが望ましい。なぜなら、p側クラッド層に関し
ては、本発明のようなリッジ形状のストライプとして、
その上に電極を設けるため、電極で光が吸収されるため
に、垂直横モードの光の漏れがあってもほとんど無視で
きるからである。Also, for the p-side cladding layer, when the total thickness of the p-side cladding layer is 2.0 μm or less and the average Al composition contained in the p-side cladding layer is expressed in percentage (%), p It may be configured such that the product of the thickness (μm) of the entire side cladding layer and the average Al composition (%) is 4.4 or more. With this configuration, the laser beam in the vertical / lateral mode can be controlled, and the mode is likely to be single mode. Note that p
More preferably, the n-side cladding layer has the above-mentioned structure than the side cladding layer. This is because the p-side cladding layer has a ridge-shaped stripe as in the present invention,
This is because, since an electrode is provided thereon, light is absorbed by the electrode, and therefore, even if light leaks in the vertical and horizontal modes, it can be almost ignored.
【0038】但し、p側クラッド層を以上のような構成
とすると、そのp側クラッド層の膜厚はn側クラッド層
よりも薄くすることが望ましい。なぜなら、p側クラッ
ド層のAl平均組成を大きくするか、若しくは膜厚を厚
くすると、AlGaN層の抵抗値が大きくなる傾向にあ
り、AlGaNの抵抗値が大きくなると、駆動電圧が高
くなる傾向にあるからである。好ましい膜厚としては、
1.5μm以下、さらに好ましくは1μm以下にする。
下限については特に限定しないが、クラッド層として作
用させるためには、50オングストーム以上の膜厚があ
ることが望ましく、また、Alの平均組成としては50
%以下が望ましい。p側クラッド層を超格子構造とする
ことによって、クラッド層全体のAl混晶比を上げるこ
とができるので、クラッド層自体の屈折率が小さくな
り、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるの
で、閾値を低下させる上で非常に有効である。さらに、
超格子としたことにより、クラッド層自体に発生するピ
ットが超格子にしないものよりも少なくなるので、ショ
ートする確率も低くなる。However, when the p-side cladding layer is configured as described above, it is desirable that the thickness of the p-side cladding layer be smaller than that of the n-side cladding layer. The reason is that when the Al average composition of the p-side cladding layer is increased or the film thickness is increased, the resistance value of the AlGaN layer tends to increase, and when the resistance value of AlGaN increases, the driving voltage tends to increase. Because. As a preferable film thickness,
The thickness is 1.5 μm or less, more preferably 1 μm or less.
Although the lower limit is not particularly limited, it is desirable that the film has a thickness of 50 Å or more in order to function as a cladding layer.
% Is desirable. By making the p-side cladding layer have a superlattice structure, the Al mixed crystal ratio of the entire cladding layer can be increased, so that the refractive index of the cladding layer itself decreases and the band gap energy increases, thereby lowering the threshold. It is very effective in making further,
By using the superlattice, the number of pits generated in the cladding layer itself becomes smaller than that of the non-superlattice, so that the probability of short-circuiting is reduced.
【0039】超格子におけるAl平均組成は、以下のよ
うな算出方法で求めるものとする。例えば25オングス
トロームのAl0.5Ga0.5Nと、25オングスト
ームのGaNとを200ペア(1.0μm)積層した超
格子の場合、1ペアが50オングストローム、Alを含
む層のAl混晶比が0.5であるため、0.5(25/
50)=0.25となり、超格子におけるAl平均組成
は25%である。一方、膜厚が異なる場合、Al0.5
Ga0.5Nを40オングストロームと、GaNを20
オングストロームとで積層した場合、膜厚の加重平均を
行い、0.5(40/60)=0.33となり、Al平
均組成は33.3%とする。即ちAlを含む窒化物半導
体層のAl混晶比を、その窒化物半導体層が超格子1ペ
アの膜厚に占める割合に乗じたものを超格子のAl平均
組成とする。The average composition of Al in the superlattice is determined by the following calculation method. For example, in the case of a superlattice in which 200 Å (1.0 μm) of 25 Å of Al 0.5 Ga 0.5 N and 25 Å of GaN are stacked, one pair is 50 Å and an Al mixed crystal of a layer containing Al. Since the ratio is 0.5, 0.5 (25 /
50) = 0.25, and the average Al composition in the superlattice is 25%. On the other hand, when the film thickness is different, Al 0.5
Ga 0.5 N is 40 Å and GaN is 20 Å.
In the case of stacking with Angstrom, the weighted average of the film thickness is obtained, and 0.5 (40/60) = 0.33, and the Al average composition is 33.3%. That is, a value obtained by multiplying the ratio of the Al mixed crystal of the nitride semiconductor layer containing Al to the ratio of the nitride semiconductor layer to the film thickness of one pair of the superlattices is defined as the Al average composition of the superlattice.
【0040】また本発明のレーザ素子のその他の素子構
造としては、特に限定されず、公知の種種の素子構造を
用いることができる。本発明のレーザ素子の素子構造を
成長させる基板としては、従来知られている、サファイ
ア、スピネル等の異種基板、又は、異種基板の上にSi
O2等の窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにく
い材料からなる保護膜を形成して、その上に選択的に横
方向の成長(ラテラル成長)をさせて得られる窒化物半
導体基板等が挙げられる。好ましくはラテラル成長させ
て得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板が好まし
い。結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板上に、素子構造
を形成すると、素子を構成する窒化物半導体も結晶欠陥
が少なくなるので、Alを含むためにクラックの発生し
やすいクラッド層の結晶性が良くなり、良好な光閉じこ
め層を形成することができ好ましい。ラテラル成長に用
いられる保護膜は、前記ストライプを形成する際に用い
た保護膜とは異なる作用を示す。The other device structures of the laser device of the present invention are not particularly limited, and various known device structures can be used. As the substrate on which the element structure of the laser element of the present invention is grown, a conventionally known substrate of a different kind such as sapphire or spinel, or Si on a different kind of substrate is used.
A nitride semiconductor substrate or the like obtained by forming a protective film made of a material on which a nitride semiconductor such as O 2 does not grow or is unlikely to grow, and selectively performing lateral growth (lateral growth) thereon. No. Preferably, a nitride semiconductor substrate having few crystal defects obtained by lateral growth is preferable. When an element structure is formed on a nitride semiconductor substrate having a small number of crystal defects, the nitride semiconductor constituting the element also has a small number of crystal defects. It is preferable because a good light confinement layer can be formed. The protective film used for lateral growth has a different effect from the protective film used for forming the stripe.
【0041】ラテラル成長を用いて得られる結晶欠陥の
少ない窒化物半導体基板の成長方法としては、特に限定
されずいずれの方法でもよいが、例えば、J.J.A.P.Vol.
37(1998)pp.L309-L312に記載の方法や、窒化物半導体と
異なる異種基板上に成長させた窒化物半導体表面に凹凸
部を形成し、その凸部及び凹部の平面上に前記保護膜を
形成した後、側面に露出した窒化物半導体より横方向の
成長を行い、保護膜上部に互いに横方向に成長した窒化
物半導体を繋げる方法等が挙げられる。また、ラテラル
成長により得られる窒化物半導体基板は、素子構造を成
長させる際に、異種基板を有する状態で行っても、異種
基板を除去した状態で行ってもよい。The method of growing a nitride semiconductor substrate having few crystal defects obtained by using lateral growth is not particularly limited, and any method may be used. For example, JJAP Vol.
37 (1998) pp. L309-L312 and the method of forming the unevenness on the surface of the nitride semiconductor grown on a heterogeneous substrate different from the nitride semiconductor, the protective film on the plane of the protrusions and recesses Is formed, lateral growth is performed from the nitride semiconductor exposed on the side surface, and the nitride semiconductors grown laterally are connected to each other on the protective film. In addition, the nitride semiconductor substrate obtained by lateral growth may be grown with a heterogeneous substrate or with the heterogeneous substrate removed when growing the element structure.
【0042】[0042]
【実施例】[実施例1] 図4は本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す
模式的な断面図でありストライプ導波路に垂直な方向で
切断した際の図を示すものである。以下、この図を基に
実施例1について説明する。Embodiment 1 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to one embodiment of the present invention, and is a view when cut in a direction perpendicular to a stripe waveguide. is there. Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIG.
【0043】(下地層2) 1インチφ、C面を主面とするサファイアよりなる異種
基板1をMOVPE反応容器内にセットし、温度を50
0℃にして、トリメチルガリウム(TMG)、アンモニ
ア(NH3)を用い、GaNよりなるバッファ層を20
0オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層成
長後、温度を1050℃にして、同じくGaNよりなる
下地層2を4μmの膜厚で成長させる。この下地層は保
護膜を部分的に表面に形成して、次に窒化物半導体基板
の選択成長を行うための下地層として作用する。(Underlayer 2) A heterogeneous substrate 1 made of sapphire having 1 inch φ and a C-plane as a main surface is set in a MOVPE reaction vessel, and the temperature is set to 50.
At 0 ° C., a buffer layer made of GaN was formed using trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ).
It is grown to a thickness of 0 Å. After the growth of the buffer layer, the temperature is raised to 1050 ° C., and an underlayer 2 also made of GaN is grown to a thickness of 4 μm. This underlayer forms a protective film partially on the surface and then acts as an underlayer for selectively growing a nitride semiconductor substrate.
【0044】(保護膜3) 下地層2成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、こ
の下地層2の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形
成し、PVD装置によりストライプ幅10μm、ストラ
イプ間隔(窓部)2μmのSiO2よりなる保護膜3を
形成する。(Protective Film 3) After the growth of the underlayer 2, the wafer is taken out of the reaction vessel, a stripe-shaped photomask is formed on the surface of the underlayer 2, and a stripe width of 10 μm and a stripe interval (window portion) are formed by a PVD apparatus. ) A protective film 3 of 2 μm SiO 2 is formed.
【0045】(窒化物半導体基板4) 保護膜3形成後、ウェーハを再度MOVPEの反応容器
内にセットし、温度を1050℃にして、TMG、アン
モニアを用い、アンドープGaNを5μmの膜厚で成長
させる。その後、ウェーハをHVPE(ハイドライド気
相成長法)装置に移送し、原料にGaメタル、HClガ
ス、及びアンモニアを用い、アンドープGaNよりなる
窒化物半導体基板4を200μmの膜厚で成長させる。
このようにMOVPE法により保護膜3の上に窒化物半
導体を成長させた後、HVPE法で100μm以上のG
aN厚膜を成長させると結晶欠陥は104個/cm2以
下と下地層2に比較して3桁以上少なくなる。窒化物半
導体基板4成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、
サファイア基板1、バッファ層2、保護膜3、アンドー
プGaN層を研磨により除去し、窒化物半導体基板4単
独とする。(Nitride Semiconductor Substrate 4) After forming the protective film 3, the wafer is set again in the MOVPE reaction vessel, the temperature is set to 1050 ° C., and undoped GaN is grown to a thickness of 5 μm using TMG and ammonia. Let it. Thereafter, the wafer is transferred to an HVPE (hydride vapor phase epitaxy) apparatus, and a nitride semiconductor substrate 4 made of undoped GaN is grown to a thickness of 200 μm using Ga metal, HCl gas and ammonia as raw materials.
After the nitride semiconductor is grown on the protective film 3 by the MOVPE method in this manner, a G of 100 μm or more is grown by the HVPE method.
When an aN thick film is grown, the number of crystal defects is 10 4 / cm 2 or less, which is three orders of magnitude less than that of the underlayer 2. After growing the nitride semiconductor substrate 4, the wafer is taken out of the reaction vessel,
The sapphire substrate 1, the buffer layer 2, the protective film 3, and the undoped GaN layer are removed by polishing to obtain the nitride semiconductor substrate 4 alone.
【0046】(n側コンタクト層5) 次に、アンモニアとTMG、不純物ガスとしてシランガ
スを用い、窒化物半導体基板1の上に、1050℃でS
iを3×1018/cm3ドープしたGaNよりなるn側
コンタクト層5を4μmの膜厚で成長させる。(N-side contact layer 5) Next, using ammonia, TMG, and silane gas as an impurity gas,
An n-side contact layer 5 of GaN doped with i at 3 × 10 18 / cm 3 is grown to a thickness of 4 μm.
【0047】(クラック防止層6) 次に、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アン
モニアを用い、温度を800℃にしてIn0.06Ga
0.94Nよりなるクラック防止層6を0.15μmの
膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可
能である。(Crack Prevention Layer 6) Next, using TMG, TMI (trimethylindium) and ammonia, the temperature is set to 800 ° C., and In 0.06 Ga
A crack prevention layer 6 of 0.94 N is grown to a thickness of 0.15 μm. The crack prevention layer can be omitted.
【0048】(n側クラッド層7=超格子層) 続いて、1050℃でTMA、TMG、アンモニア、シ
ランガスを用い、Siを1×1019/cm3ドープした
n型Al0.16Ga0.84Nよりなる第1の層を2
5オングストロームの膜厚で成長させ、続いてシランガ
ス、TMAを止め、アンドープのGaNよりなる第2の
層を25オングストロームの膜厚で成長させる。そして
第1層+第2層+第1層+第2層+・・・というように
超格子層を構成し、総膜厚1.2μmの超格子よりなる
n側クラッド層13を成長させる。この超格子よりなる
n側クラッド層はAl平均組成が8.0%であるので、
その膜厚との積は9.6となる。なおn側クラッド層
に、バンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体を
積層した超格子を作製した場合、不純物はいずれか一方
の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと閾
値が低下しやすい傾向にある。[0048] (n-side cladding layer 7 = superlattice layer) Subsequently, TMA at 1050 ° C., TMG, ammonia, using a silane gas, 1 × with Si 10 19 / cm 3 doped with n-type Al 0.16 Ga 0. 2 a first layer consisting of 84 N
The second layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 25 Å by stopping the silane gas and TMA, and growing the film to a thickness of 25 Å. Then, a superlattice layer is formed in the order of first layer + second layer + first layer + second layer +..., And an n-side cladding layer 13 composed of a superlattice having a total film thickness of 1.2 μm is grown. Since the n-side cladding layer composed of this superlattice has an Al average composition of 8.0%,
The product with the film thickness is 9.6. Note that when a superlattice in which nitride semiconductors having different band gap energies are stacked on the n-side cladding layer is manufactured, one of the layers is heavily doped, and the threshold value tends to decrease when so-called modulation doping is performed. It is in.
【0049】(n側光ガイド層8) 続いて、シランガスを止め、1050℃でアンドープG
aNよりなるn側光ガイド層8を0.1μmの膜厚で成
長させる。このn側光ガイド層8にn型不純物をドープ
しても良い。(N-side light guide layer 8) Subsequently, the silane gas is stopped and undoped G
An n-side light guide layer 8 of aN is grown to a thickness of 0.1 μm. The n-side light guide layer 8 may be doped with an n-type impurity.
【0050】(活性層9) 次に、温度を800℃にして、SiドープIn0.05
Ga0.95Nよりなる障壁層を100オングストロー
ムの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープI
n0.2Ga0.8Nよりなる井戸層を40オングスト
ロームの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを2回交
互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚380オン
グストロームの多重量子井戸構造(MQW)の活性層を
成長させる。(Active Layer 9) Next, the temperature is set to 800 ° C., and Si-doped In 0.05
A barrier layer of Ga 0.95 N is grown to a thickness of 100 Å, followed by undoped I
A well layer made of n 0.2 Ga 0.8 N is grown to a thickness of 40 Å. A barrier layer and a well layer are alternately laminated twice, and finally an active layer having a multiple quantum well structure (MQW) having a total thickness of 380 Å is grown, ending with the barrier layer.
【0051】(p側キャップ層10) 次に、温度を1050℃に上げ、TMG、TMA、アン
モニア、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウ
ム)を用い、p側光ガイド層11よりもバンドギャップ
エネルギーが大きい、Mgを1×1020/cm3ドープ
したp型Al0.3Ga0.7Nよりなるp側キャップ
層7を300オングストロームの膜厚で成長させる。(P-side Cap Layer 10) Next, the temperature is raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, ammonia, Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used, and the band gap energy is larger than that of the p-side light guide layer 11. Then, a p-side cap layer 7 made of p-type Al 0.3 Ga 0.7 N doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 is grown to a thickness of 300 Å.
【0052】(p側光ガイド層11) 続いてCp2Mg、TMAを止め、1050℃で、バン
ドギャップエネルギーがp側キャップ層10よりも小さ
い、アンドープGaNよりなるp側光ガイド層11を
0.1μmの膜厚で成長させる。(P-side light guide layer 11) Subsequently, Cp2Mg and TMA are stopped, and the p-side light guide layer 11 made of undoped GaN having a band gap energy smaller than that of the p-side cap layer 10 at 1050 ° C. is set to 0.1 μm. It grows with the film thickness of.
【0053】(p側クラッド層12) 続いて、1050℃でMgを1×1020/cm3ドープ
したp型Al0.16Ga0.84Nよりなる第3の層
を25オングストロームの膜厚で成長させ、続いてTM
Aのみを止め、アンドープGaNよりなる第4の層を2
5オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚0.6μ
mの超格子層よりなるp側クラッド層18を成長させ
る。このp側クラッド層もAlの平均組成が8%である
ので、膜厚との積は4.8となる。p側クラッド層は少
なくとも一方がAlを含む窒化物半導体層を含み、互い
にバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を
積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれか一方
の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結
晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープ
しても良い。(P-side Cladding Layer 12) Subsequently, a third layer made of p-type Al 0.16 Ga 0.84 N doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 at 1050 ° C. was formed to a thickness of 25 Å. And then TM
A alone is stopped, and the fourth layer made of undoped GaN is
Grown to a thickness of 5 Å, with a total thickness of 0.6μ
A p-side cladding layer 18 composed of m superlattice layers is grown. Since the average composition of Al is also 8% in the p-side cladding layer, the product of the thickness and the thickness is 4.8. When the p-side cladding layer is made of a superlattice in which at least one includes a nitride semiconductor layer containing Al and has different band gap energies from each other, the impurity is doped into one of the layers in a large amount. When so-called modulation doping is performed, the crystallinity tends to be improved, but both may be doped in the same manner.
【0054】(p側コンタクト層13) 最後に、1050℃で、p側クラッド層9の上に、Mg
を1×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp
側コンタクト層13を150オングストロームの膜厚で
成長させる。p側コンタクト層はp型のInXAlYG
a1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成する
ことができ、好ましくはMgをドープしたGaNとすれ
ば、p電極20と最も好ましいオーミック接触が得られ
る。(P-side contact layer 13) Finally, at 1050 ° C., Mg
Composed of p-type GaN doped with 1 × 10 20 / cm 3
The side contact layer 13 is grown to a thickness of 150 Å. The p-side contact layer is a p-type In X Al Y G
a 1- XYN (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and preferably Mg-doped GaN provides the most preferable ohmic contact with the p-electrode 20.
【0055】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器から取り出し、図1(a)に示す
ように、最上層のp側コンタクト層13のほぼ全面に、
PVD装置により、Si酸化物(主として、SiO2)
よりなる第1の保護膜61を0.5μmの膜厚で形成し
た後、第1の保護膜61の上に所定の形状のマスクをか
け、フォトレジストよりなる第3の保護膜63を、スト
ライプ幅2μm、厚さ1μmで形成する。The wafer on which the nitride semiconductor has been grown as described above is taken out of the reaction vessel, and as shown in FIG.
Si oxide (mainly SiO 2 ) by PVD equipment
After forming a first protective film 61 of 0.5 μm in thickness, a mask of a predetermined shape is applied on the first protective film 61, and a third protective film 63 of a photoresist is It is formed with a width of 2 μm and a thickness of 1 μm.
【0056】次に、図1(b)に示すように第3の保護
膜63形成後、RIE(反応性イオンエッチング)装置
により、CF4ガスを用い、第3の保護膜63をマスク
として、前記第1の保護膜をエッチングして、ストライ
プ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジ
ストのみを除去することにより、図1(c)に示すよう
にp側コンタクト層13の上にストライプ幅2μmの第
1の保護膜61が形成できる。Next, as shown in FIG. 1B, after the formation of the third protective film 63, an RIE (reactive ion etching) device is used, using CF 4 gas and the third protective film 63 as a mask. The first protective film is etched into a stripe shape. Thereafter, by treating with an etching solution to remove only the photoresist, a first protective film 61 having a stripe width of 2 μm can be formed on the p-side contact layer 13 as shown in FIG.
【0057】さらに、図2(d)に示すように、ストラ
イプ状の第1の保護膜61形成後、再度RIEによりS
iCl4ガスを用いて、p側コンタクト層13からn側
コンタクト層5までをエッチングして、ストライプ状の
導波路領域(この場合、リッジ形状のストライプ)を形
成する。このようにストライプの形成の際にエッチング
量をn側コンタクト層5が露出するまで行うことによ
り、水平横方向の光閉じ込めが強まり、アスペクト比の
調整に好ましい。Further, as shown in FIG. 2D, after the first protection film 61 in the form of a stripe is formed, S is again formed by RIE.
Etching is performed from the p-side contact layer 13 to the n-side contact layer 5 using iCl 4 gas to form a stripe-shaped waveguide region (in this case, a ridge-shaped stripe). As described above, by performing the etching amount until the n-side contact layer 5 is exposed when forming the stripe, the light confinement in the horizontal and horizontal directions is strengthened, which is preferable for adjusting the aspect ratio.
【0058】リッジ形状のストライプを形成後、ウェー
ハをPVD装置に移送し、図2(e)に示すように、Z
r酸化物(主としてZrO2)よりなる第2の保護膜6
2を、第1の保護膜61の上と、エッチングにより露出
されたn側コンタクト層5の上に0.5μmの膜厚で連
続して形成する。このように連続して第2の保護膜62
を形成することにより、ストライプの側面にも第2の保
護膜62が形成される。After the formation of the ridge-shaped stripe, the wafer is transferred to a PVD apparatus, and as shown in FIG.
Second protective film 6 made of r-oxide (mainly ZrO 2 )
2 is continuously formed with a thickness of 0.5 μm on the first protective film 61 and on the n-side contact layer 5 exposed by the etching. In this manner, the second protective film 62 is continuously formed.
Is formed, the second protective film 62 is also formed on the side surface of the stripe.
【0059】次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図2
(f)に示すように、第1の保護膜61をリフトオフ法
により除去する。Next, the wafer was immersed in hydrofluoric acid,
As shown in (f), the first protective film 61 is removed by a lift-off method.
【0060】次に図2(g)に示すように、p側コンタ
クト層13の上の第1の保護膜61が除去されて露出し
たそのp側コンタクト層の表面全面に接するようにNi
/Auよりなるp電極20を形成する。但しp電極20
は100μmのストライプ幅として、この図に示すよう
に、第2の保護膜62の上に渡って形成する。Next, as shown in FIG. 2 (g), the first protective film 61 on the p-side contact layer 13 is removed so that Ni is in contact with the entire surface of the exposed p-side contact layer.
A p electrode 20 of / Au is formed. However, p electrode 20
Is formed over the second protective film 62 with a stripe width of 100 μm, as shown in FIG.
【0061】第2の保護膜62形成後、図4に示すよう
に露出させたn側コンタクト層5の表面にはTi/Al
よりなるn電極21をストライプと平行な方向で形成す
る。After the formation of the second protective film 62, the exposed surface of the n-side contact layer 5 is made of Ti / Al as shown in FIG.
An n-electrode 21 is formed in a direction parallel to the stripe.
【0062】以上のようにして、n電極とp電極とを形
成したウェーハのサファイア基板を研磨して70μmと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面(11−00面、六角柱状の
結晶の側面に相当する面=M面)に共振器を作製する。
共振器面にSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜を
形成し、最後にp電極に平行な方向で、バーを切断して
図4に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は3
00〜500μmとすることが望ましい。After the sapphire substrate of the wafer on which the n-electrode and the p-electrode are formed is polished to 70 μm as described above, the wafer is cleaved into a bar from the substrate side in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrodes. A resonator is formed on a cleavage plane (11-00 plane, a plane corresponding to the side surface of a hexagonal columnar crystal = M plane).
A dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 is formed on the resonator surface, and finally, the bar is cut in a direction parallel to the p-electrode to obtain a laser device as shown in FIG. The resonator length is 3
It is desirable to set it to 00 to 500 μm.
【0063】このレーザ素子をヒートシンクに設置し、
それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレ
ーザ発振を試みたところ、発振波長400〜420n
m、閾値電流密度2.9kA/cm2において室温連続発
振を示した。レーザ光のアスペクト比は、約2.0と良
好な値を示した。This laser element is set on a heat sink,
When each electrode was wire-bonded and laser oscillation was attempted at room temperature, the oscillation wavelength was 400 to 420 n.
m and a threshold current density of 2.9 kA / cm 2 showed continuous oscillation at room temperature. The aspect ratio of the laser beam showed a good value of about 2.0.
【0064】[実施例2] 実施例1において、ストライプの幅を0.5μmとして
ストライプを形成する他は同様にして行った。その結
果、実施例1とほぼ同様に良好なレーザ素子が得られ
た。Example 2 The procedure of Example 1 was repeated except that the stripe width was 0.5 μm to form a stripe. As a result, a good laser device was obtained almost in the same manner as in Example 1.
【0065】[実施例3] 実施例1において、ストライプの幅を1.0μmとして
ストライプを形成する他は同様にして行った。その結
果、アスペクト比が約1.5となるレーザ光を得ること
ができるレーザ素子が得られた。Example 3 The procedure of Example 1 was repeated except that the stripe width was 1.0 μm to form a stripe. As a result, a laser device capable of obtaining laser light having an aspect ratio of about 1.5 was obtained.
【0066】[実施例4] 実施例1において、ストライプを形成する際、その形状
を図3に示すような形状、つまり両共振面側のストライ
プ幅を1μm、ストライプの中央部の幅を4μmにし、
更にストライプの共振面側から中央部に向かって傾斜角
が5°以内になるように調整してストライプを形成した
他は同様にして行った。その結果、アスペクト比が約
1.2の値を示し、実施例3よりも円形に近い形状のレ
ーザ光を得ることができるレーザ素子が得られた。Example 4 In Example 1, when forming a stripe, the shape was as shown in FIG. 3, that is, the stripe width on both resonance surfaces was 1 μm, and the width at the center of the stripe was 4 μm. ,
Further, the same procedure was performed except that the stripe was formed by adjusting the inclination angle from the resonance surface side of the stripe toward the center to within 5 °. As a result, a laser element having an aspect ratio of about 1.2 and capable of obtaining laser light having a shape closer to a circle than that of Example 3 was obtained.
【0067】[実施例5] 図5は本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示
す模式的な断面図であり、以下この図を元に実施例5に
ついて説明する。Embodiment 5 FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention. Embodiment 5 will be described below with reference to FIG.
【0068】実施例1において、窒化物半導体基板4を
作製する際にHVPE装置において原料にシランガスを
加え、Siを1×1018/cm3ドープしたGaNより
なる窒化物半導体基板40を200μmの膜厚で成長さ
せる。なおSi濃度は1×1017/cm3〜5×10
19/cm3の範囲とすることが望ましい。窒化物半導体
基板40成長後、実施例1と同様にしてサファイア基板
1、バッファ層2、保護膜3、アンドープGaN層を研
磨して除去し、窒化物半導体基板40単体とする。In Example 1, when manufacturing the nitride semiconductor substrate 4, a silane gas was added to the raw material in the HVPE apparatus, and the nitride semiconductor substrate 40 made of GaN doped with 1 × 10 18 / cm 3 of Si was converted to a 200 μm film. Grow in thickness. The Si concentration is 1 × 10 17 / cm 3 to 5 × 10
It is desirable to be in the range of 19 / cm 3 . After the growth of the nitride semiconductor substrate 40, the sapphire substrate 1, the buffer layer 2, the protective film 3, and the undoped GaN layer are polished and removed in the same manner as in Example 1 to obtain the nitride semiconductor substrate 40 alone.
【0069】次にこの窒化物半導体基板40の上に実施
例1と同様にして、クラック防止層6〜p側コンタクト
層13までを積層成長させる。p側コンタクト層13成
長後、実施例1と同様にして、ストライプ状の第1の保
護膜61を形成した後、第2の工程において、エッチン
グストップを図5に示すn側クラッド層7の表面とす
る。後は実施例1と同様にして、ZrO2を主成分とす
る第2の保護膜62をストライプ導波路の側面と、n側
クラッド層7の表面とに形成した後、その第2の保護膜
を介してp電極20を形成する。一方、窒化物半導体基
板の裏面側のほぼ全面にn電極21を形成する。電極形
成後、窒化物半導体基板のM面で劈開して、共振面を作
製し、図5に示すような構造のレーザ素子としたとこ
ろ、実施例1とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が得
られた。Next, on the nitride semiconductor substrate 40, the layers from the crack prevention layer 6 to the p-side contact layer 13 are grown in the same manner as in the first embodiment. After the growth of the p-side contact layer 13, a stripe-shaped first protective film 61 is formed in the same manner as in the first embodiment. In the second step, an etching stop is performed on the surface of the n-side cladding layer 7 shown in FIG. And Thereafter, in the same manner as in Example 1, a second protective film 62 containing ZrO 2 as a main component is formed on the side surface of the stripe waveguide and on the surface of the n-side cladding layer 7, and then the second protective film is formed. The p electrode 20 is formed through. On the other hand, an n-electrode 21 is formed on substantially the entire back surface of the nitride semiconductor substrate. After the electrodes were formed, the substrate was cleaved on the M-plane of the nitride semiconductor substrate to form a resonance surface, and a laser device having a structure as shown in FIG. 5 was obtained. Was done.
【0070】[0070]
【発明の効果】本発明は、レーザ光を用いた製品の作製
にあたって、レーザビームの絞りやレンズ設計が容易と
なるアスペクト比が約1.0〜3.0の値を有するレー
ザ光が得られる窒化物半導体レーザ素子を提供すること
ができる。According to the present invention, when manufacturing a product using a laser beam, a laser beam having an aspect ratio of about 1.0 to 3.0 for facilitating a laser beam aperture and lens design can be obtained. A nitride semiconductor laser device can be provided.
【図1】本発明の方法の各工程を説明するための、各工
程においてそれぞれ得られるウェーハの部分的な構造を
示す模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a partial structure of a wafer obtained in each step for explaining each step of the method of the present invention.
【図2】本発明の方法の各工程を説明するための、各工
程においてそれぞれ得られるウェーハの部分的な構造を
示す模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining each step of the method of the present invention and showing a partial structure of a wafer obtained in each step.
【図3】本発明のレーザ素子の一実施の形態であるレー
ザ素子を真上から見たストライプの平面形状を示す平面
図である。FIG. 3 is a plan view showing a planar shape of a stripe of a laser device according to an embodiment of the present invention when viewed from directly above;
【図4】本発明の一実施の形態であるレーザ素子の構造
を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing a structure of a laser device according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施の形態であるレーザ素子の構造
を示す模式断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to one embodiment of the present invention.
【図6】従来のレーザ素子の構造を示す模式断面図であ
る。FIG. 6 is a schematic sectional view showing the structure of a conventional laser device.
1・・・異種基板 2・・・下地層 3・・・窒化物半導体基板成長用の保護膜 4、40・・・窒化物半導体基板 5・・・n側コンタクト層 6・・・クラック防止層 7・・・n側クラッド層 8・・・n側光ガイド層 9・・・活性層 10・・・p側キャップ層 11・・・p側光ガイド層 12・・・p側クラッド層 13・・・p側コンタクト層 61・・・第1の保護膜 62・・・第2の保護膜 63・・・第3の保護膜 20・・・p電極 21・・・n電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Different substrate 2 ... Underlayer 3 ... Protective film for nitride semiconductor substrate growth 4, 40 ... Nitride semiconductor substrate 5 ... n-side contact layer 6 ... Crack prevention layer 7 n-side clad layer 8 n-side light guide layer 9 active layer 10 p-side cap layer 11 p-side light guide layer 12 p-side clad layer 13 .. p-side contact layer 61 ... first protective film 62 ... second protective film 63 ... third protective film 20 ... p electrode 21 ... n electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50
Claims (4)
及びn側のクラッド層の間に、InGaNを少なくとも
有する活性層を含む導波路領域を有し、前記p側クラッ
ド層の上に、p側コンタクト層が積層されてなる窒化物
半導体レーザ素子において、前記p側クラッド層は、ク
ラッド層全体の厚さを2.0μm以下とし、かつそのp
側クラッド層に含まれるAl平均組成(%)との積が
4.4以上となるように構成されてなり、前記p側コン
タクト層側からp側クラッド層と導波路領域との界面よ
りも基板側にかけてエッチングして形成された幅0.5
〜2.0μmのリッジ形状のストライプを有し、該スト
ライプの両側面及びその側面と連続した窒化物半導体層
の平面に、屈折率が前記導波路領域の平均の屈折率より
0.1以上小さい値を有する絶縁膜を有し、更に該絶縁
膜を介して、少なくとも前記ストライプの最上層にある
p側コンタクト層の表面全面に接するようにp電極が設
けられていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素
子。A waveguide region including an active layer having at least InGaN is provided between a p-side cladding layer having a nitride semiconductor layer containing Al and an n-side cladding layer. In a nitride semiconductor laser device having a p-side contact layer laminated thereon, the p-side cladding layer is
The thickness of the entire lad layer is 2.0 μm or less, and its p
The product with the average Al composition (%) contained in the side cladding layer is
4.4 will be configured such that the above, the p-side contact layer side p-side cladding layer and the width of 0.5 formed by etching toward the substrate side from the interface between the waveguide region from
A ridge-shaped stripe of about 2.0 μm, and the refractive index is higher than the average refractive index of the waveguide region on both sides of the stripe and the plane of the nitride semiconductor layer continuous with the side surface.
A p-electrode is provided so as to have an insulating film having a value smaller than 0.1 or more , and further via the insulating film to contact at least the entire surface of the p-side contact layer on the uppermost layer of the stripe. Characteristic nitride semiconductor laser device.
及びn側のクラッド層の間に、InGaNを少なくとも
有する活性層を含む導波路領域を有し、前記p側クラッ
ド層の上に、p側コンタクト層が積層されてなる窒化物
半導体レーザ素子において、前記n側クラッド層は、少
なくともAlを含む窒化物半導体層を有する超格子より
なり、そのn側クラッド層全体の厚さが0.5μm以上
とし、かつそのn側クラッド層に含まれるAl平均組成
(%)との積が4.4以上となるように構成されてな
り、前記p側コンタクト層側からp側クラッド層と導波
路領域との界面よりも基板側にかけてエッチングして形
成された幅0.5〜2.0μmのリッジ形状のストライ
プを有し、該ストライプの両側面及びその側面と連続し
た窒化物半導体層の平面に、屈折率が前記導波路領域の
平均の屈折率より0.1以上小さい値を有する絶縁膜を
有し、更に該絶縁膜を介して、少なくとも前記ストライ
プの最上層にあるp側コンタクト層の表面全面に接する
ようにp電極が設けられていることを特徴とする窒化物
半導体レーザ素子。2. A waveguide region including an active layer containing at least InGaN between a p-side cladding layer and a n-side cladding layer having a nitride semiconductor layer containing Al. In a nitride semiconductor laser device in which a p-side contact layer is laminated, the n-side cladding layer has a small thickness.
Superlattice with nitride semiconductor layer containing at least Al
And the thickness of the entire n-side cladding layer is 0.5 μm or more.
And the average composition of Al contained in the n-side cladding layer
(%) Should be 4.4 or more.
Ri has a stripe of the etched ridge of the formed width 0.5~2.0μm in toward the substrate side from the interface between the p-side cladding layer and the waveguide region from the p-side contact layer side, the stripe On both sides and the plane of the nitride semiconductor layer continuous with the side surfaces, the refractive index of the waveguide region
An insulating film having a value smaller than the average refractive index by 0.1 or more is provided, and a p-electrode is provided so as to be in contact with at least the entire surface of the p-side contact layer on the uppermost layer of the stripe via the insulating film. A nitride semiconductor laser device, comprising:
イプの端面の幅よりストライプの中央の幅が大きくなる
ように形成されていることを特徴とする請求項1又は2
に記載の窒化物半導体レーザ素子。3. The ridge-shaped stripe is formed so that the width at the center of the stripe is larger than the width at the end face of the stripe.
3. The nitride semiconductor laser device according to item 1.
ンタクト層側から導波路領域とn側クラッド層との界面
よりも基板側にかけてエッチングして形成されているこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒
化物半導体レーザ素子。4. The ridge-shaped stripe is formed by etching from a p-side contact layer side to a substrate side from an interface between the waveguide region and the n-side cladding layer. 4. The nitride semiconductor laser device according to any one of 3.
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