JP3447920B2 - Gallium nitride based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same - Google Patents

Gallium nitride based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体材料を用いた半導体素子に係わり、特に短波
長の発光に供する窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及
びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a gallium nitride-based compound semiconductor material, and more particularly to a gallium nitride-based compound semiconductor laser used for light emission of a short wavelength and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、青色から紫外域にかけての短波長
発光ダイオードや半導体レーザ用の材料として、GaN
を初めとする窒化ガリウム系化合物半導体が注目されて
いる。中でも、この材料系を用いた青色半導体レーザ
は、その発振波長が短いがゆえに高密度の情報処理用の
光源としての応用が期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, GaN has been used as a material for short wavelength light emitting diodes and semiconductor lasers in the blue to ultraviolet range.
Gallium nitride-based compound semiconductors, such as, are drawing attention. Above all, a blue semiconductor laser using this material system is expected to be applied as a light source for high-density information processing because of its short oscillation wavelength.

【0003】低しきい値電流で半導体レーザを発振させ
るためには、活性層へのキャリアの注入と光の閉じ込め
を効率良く行うことが必要である。活性層への効率良い
キャリアの注入を行うためには、pn接合を有するダブ
ルへテロ接合と電流狭窄構造が重要である。また、光の
閉じ込めを効率良く行うためには大きな屈折率差を付け
た光導波路を形成することが重要である。
In order to oscillate a semiconductor laser with a low threshold current, it is necessary to efficiently inject carriers into the active layer and confine light. In order to efficiently inject carriers into the active layer, a double heterojunction having a pn junction and a current constriction structure are important. Further, in order to efficiently confine light, it is important to form an optical waveguide having a large refractive index difference.

【0004】しかしながら、窒化ガリウム系化合物半導
体レーザにおいては、メサによる光導波路形成或いは面
発光型の提案しかなされておらず、その他の構造,製造
方法については殆ど報告されていない。また、このよう
な従来型の半導体レーザではキャリアの注入や光の閉じ
込めが必ずしも十分ではないばかりか、メサ型の光導波
路ではp側の接触面積が小さいため素子抵抗の高い特性
になってしまう。他の化合物半導体材料では、メサの両
側を電流ブロック層により埋め込んでキャリアの注入や
光の閉じ込めを効率良く行うことも可能であるが、窒化
ガリウム系化合物半導体材料ではこのような構成をその
まま適用することもできない。
However, for gallium nitride-based compound semiconductor lasers, only formation of an optical waveguide by mesa or a surface emission type has been proposed, and other structures and manufacturing methods have not been reported. Further, in such a conventional semiconductor laser, carrier injection and light confinement are not always sufficient, and in the mesa type optical waveguide, the contact area on the p side is small, resulting in high element resistance. In other compound semiconductor materials, it is possible to embed both sides of the mesa with current blocking layers to efficiently inject carriers and confine light, but in gallium nitride-based compound semiconductor materials, such a configuration is applied as it is. I can't do it either.

【0005】これは、次のような理由によると考えられ
る。即ち、窒化ガリウム系化合物半導体材料はその結晶
成長が難しく、良質の結晶品質を得ることは困難であ
る。このことから、エッチングにより所望の面を出して
所望形状のメサを形成するのも難しい。さらに、メサエ
ッチング後の段差のあるところに窒化ガリウム系化合物
半導体材料を再成長するのは極めて難しく、前記したよ
うにメサエッチングにより所望の面を出して所望形状の
メサを形成するのが難しいことは、メサの両側の埋め込
みを益々困難にする。
This is considered to be due to the following reason. That is, the gallium nitride-based compound semiconductor material has difficulty in crystal growth, and it is difficult to obtain good crystal quality. For this reason, it is difficult to form the desired surface by etching to form the desired surface. Furthermore, it is extremely difficult to re-grow the gallium nitride-based compound semiconductor material in a stepped portion after the mesa etching, and as described above, it is difficult to form a desired mesa by exposing a desired surface by mesa etching. Makes embedding on both sides of the mesa increasingly difficult.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、窒化
ガリウム系化合物半導体材料を用いた半導体レーザにお
いては、キャリアの注入,光の閉じ込めが必ずしも十分
ではなく、しきい値を低くすることができない。さら
に、メサ型の光導波路では、基板と反対側のコンタクト
部(一般的にはp側)の接触面積が小さいため、素子抵
抗の高い特性になってしまう問題があった。
As described above, in the conventional semiconductor laser using the gallium nitride-based compound semiconductor material, carrier injection and light confinement are not always sufficient, and the threshold value cannot be lowered. . Further, in the mesa type optical waveguide, there is a problem that the contact area on the side opposite to the substrate (generally the p-side) is small, resulting in high element resistance.

【0007】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、窒化ガリウム系化合物
半導体材料を用いたダブルへテロ構造部におけるキャリ
アの注入及び光の閉じ込めを良好に行うことができ、低
しきい値で発振する短波長の光源として利用できる窒化
ガリウム系化合物半導体レーザ及びその製造方法を提供
することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to favorably inject carriers and confine light in a double hetero structure portion using a gallium nitride compound semiconductor material. A gallium nitride-based compound semiconductor laser that can be used as a light source of a short wavelength that oscillates at a low threshold and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(構成)上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、窒化ガリウム系
化合物半導体材料(Inx Gay Alz1-x-y-z N:
0≦x,y,z,x+y+z≦1)からなり、活性層を
導電型の異なるクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部
を有する窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、
前記ダブルヘテロ構造部は、基板上に窒化ガリウム系化
合物半導体材料からなるバッファ層を介して形成され、
かつメサ型に形成され、このメサ型構造の両側が電流ブ
ロック層で埋め込まれてなることを特徴とする。
(Structure) In order to solve the above problems, the present invention employs the following structures. The present invention provides a gallium nitride-based compound semiconductor materials (In x Ga y Al z B 1-xyz N:
0 ≦ x, y, z, x + y + z ≦ 1), and a gallium nitride-based compound semiconductor laser having a double heterostructure part in which an active layer is sandwiched by clad layers having different conductivity types,
The double heterostructure portion is formed on the substrate via a buffer layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor material,
In addition, it is characterized in that it is formed in a mesa type, and both sides of this mesa type structure are filled with a current blocking layer.

【0009】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 電流ブロック層は、窒化ガリウム系化合物半導体材
料からなること。 (2) 窒化ガリウム系化合物半導体材料からなる電流ブロ
ック層は、高抵抗層であること。 (3) 窒化ガリウム系化合物半導体材料からなる電流ブロ
ック層は、複数層を積層してpn逆接合を利用するもの
であること。 (4) 電流ブロック層は、酸化膜等の絶縁膜からなるこ
と。 (5) 活性層は、多重量子井戸構造であること。 (6) メサ型構造の活性層の両側が一部が除去され、この
除去部分に窒化ガリウム系化合物半導体からなるマスト
ランスポート層が形成されていること。 (7) 電流ブロック層は、少なくともAlを含む層を露出
した面上に形成されていること。 (8) ダブルヘテロ構造部に形成されたメサ型構造の位置
が、基板側電極を形成するためのメサ型構造の中心より
該電極に近くなるように配置されていること。 (9) ダブルヘテロ構造部に形成されたメサ型構造の幅
が、基板側の電極を形成するためのメサ型構造の幅の1
/50以下であること。 (10)ダブルヘテロ構造部に形成されたメサ型構造と基板
側の電極を形成するためのメサ型構造の端部との距離
が、ダブルヘテロ構造部に形成されたメサ型構造の幅の
3倍以上、20倍以内であること。 (11)ダブルヘテロ構造部に形成されたメサ型構造の実効
屈折率が、電流ブロック層の実効屈折率よりも小さいこ
と。 (12)ダブルヘテロ構造部は基板側のクラッド層の一部を
除いてメサ型に形成され、該クラッド層はAlを含む層
であり、電流ブロック層はAlを含まない層であるこ
と。 (13)ダブルヘテロ構造部及び電流ブロック層からなる素
子主要部は、絶縁基板上に形成された第1導電型コンタ
クト層上に形成され、ダブルヘテロ構造部上には第2導
電型コンタクト層が形成され、素子主要部の一部は第1
導電型コンタクト層が露出するまで除去され、露出した
第1導電型コンタクト層上に第1の電極が形成され、第
2導電型コンタクト層上に第2の電極が形成されている
こと。 (14)メサ型のダブルヘテロ構造部は、素子主要部の中央
よりも基板側の第1の電極側に偏って形成されているこ
と。 (15)電流ブロック層は窒化ガリウム系化合物半導体材料
からなり、活性層部が、少なくともIna Gab Alc
1-a-b-c N(0≦a,b,c,a+b+c≦1)から
なる井戸層とIne Gaf Alg1-e-f-g N(0≦
e,f,g,e+f+g≦1)からなる障壁層とで構成
される単一量子井戸又は多重量子井戸からなること。 (16)電流ブロック層の屈折率が、ダブルヘテロ構造部の
等価屈折率より大きいこと。
The preferred embodiments of the present invention are as follows. (1) The current blocking layer is made of gallium nitride-based compound semiconductor material. (2) The current blocking layer made of gallium nitride compound semiconductor material should be a high resistance layer. (3) The current blocking layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor material should be one in which a plurality of layers are stacked and a pn reverse junction is used. (4) The current blocking layer should consist of an insulating film such as an oxide film. (5) The active layer should have a multiple quantum well structure. (6) Both sides of the mesa-type active layer are partially removed, and a mass transport layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor is formed on the removed portion. (7) The current blocking layer is formed on the surface where at least the layer containing Al is exposed. (8) The position of the mesa structure formed in the double hetero structure portion is located closer to the electrode than the center of the mesa structure for forming the substrate-side electrode. (9) The width of the mesa structure formed in the double hetero structure portion is 1 of the width of the mesa structure for forming the electrode on the substrate side.
/ 50 or less. (10) The distance between the mesa structure formed in the double hetero structure and the end of the mesa structure for forming the electrode on the substrate side is 3 times the width of the mesa structure formed in the double hetero structure. More than 20 times and less than 20 times. (11) The effective refractive index of the mesa structure formed in the double hetero structure portion is smaller than the effective refractive index of the current blocking layer. (12) The double hetero structure portion is formed in a mesa type except for a part of the cladding layer on the substrate side, the cladding layer is a layer containing Al, and the current blocking layer is a layer not containing Al. (13) The element main part including the double hetero structure part and the current block layer is formed on the first conductivity type contact layer formed on the insulating substrate, and the second conductivity type contact layer is formed on the double hetero structure part. Formed, part of the element main part is the first
The conductive type contact layer is removed until it is exposed, the first electrode is formed on the exposed first conductive type contact layer, and the second electrode is formed on the second conductive type contact layer. (14) The mesa-type double hetero structure portion is formed so as to be biased toward the first electrode side closer to the substrate than the center of the element main portion. (15) The current blocking layer is made of a gallium nitride-based compound semiconductor material, and the active layer portion has at least In a Ga b Al c.
A well layer made of B 1-abc N (0 ≦ a, b, c, a + b + c ≦ 1) and In e Ga f Al g B 1-efg N (0 ≦
e, f, g, a barrier layer composed of e + f + g ≦ 1) and a single quantum well or multiple quantum wells. (16) The refractive index of the current blocking layer is larger than the equivalent refractive index of the double hetero structure section.

【0010】また本発明は、上記構造の半導体レーザの
製造方法において、基板上に窒化ガリウム系化合物半導
体材料からなるバッファ層を形成する工程と、前記バッ
ファ層上に窒化ガリウム系化合物半導体材料からなり、
活性層を導電型の異なるクラッド層で挟んだダブルヘテ
ロ構造部を形成する工程と、前記ダブルヘテロ構造部を
メサ状に選択エッチングしてメサ型構造を形成する工程
と、気相中に高温放置して結晶を再蒸発させることによ
り、前記メサ型構造の活性層の両側を一部除去する工程
と、気相中に高温放置して結晶を成長することにより、
少なくとも前記活性層の両側の除去した部分に窒化ガリ
ウム系化合物半導体材料からなるマストランスポート層
を形成する工程と、前記メサ型構造の両側に電流ブロッ
ク層を成長する工程とを含むことを特徴とする。さら
に、ダブルヘテロ構造部を選択エッチングするために、
レジスト/中間層/レジストの3層レジストを用いてマ
スクパターンを形成することを特徴とする。
According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor laser having the above structure, a step of forming a buffer layer made of a gallium nitride compound semiconductor material on a substrate, and a step of making a gallium nitride compound semiconductor material on the buffer layer. ,
A step of forming a double heterostructure part in which an active layer is sandwiched by clad layers having different conductivity types, a step of selectively etching the double heterostructure part in a mesa shape to form a mesa structure, and leaving it in a gas phase at a high temperature. Then, by re-evaporating the crystal, a part of both sides of the active layer of the mesa structure is partially removed, and the crystal is grown by leaving it in a vapor phase at a high temperature.
The method further comprises the steps of forming a mass transport layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor material on at least the removed portions on both sides of the active layer, and growing a current blocking layer on both sides of the mesa structure. To do. Furthermore, in order to selectively etch the double heterostructure,
A mask pattern is formed by using a three-layer resist of resist / intermediate layer / resist.

【0011】(作用)本発明によれば、サファイア等の
基板上に窒化ガリウム系化合物半導体材料からなるダブ
ルへテロ構造部を直接形成するのではなく、基板上に窒
化ガリウム系化合物半導体材料からなるバッファ層を形
成し、その上にダブルへテロ構造部を形成することによ
り、ダブルへテロ構造部のための結晶成長を比較的容易
に行うことができ、しかも各結晶層の品質を向上させる
ことができる。このため、メサ形成のためのエッチング
により、所望の面を出して所望形状のメサ型構造を形成
することができる。従って、メサエッチング後の段差の
あるところに窒化ガリウム系化合物半導体材料を再成長
するのも容易となり、メサ型構造の側部を電流ブロック
層で埋め込むことが可能となる。
(Function) According to the present invention, the double heterostructure made of gallium nitride compound semiconductor material is not directly formed on the substrate such as sapphire, but is made of the gallium nitride compound semiconductor material on the substrate. By forming the buffer layer and forming the double hetero structure portion on the buffer layer, crystal growth for the double hetero structure portion can be relatively easily performed, and the quality of each crystal layer is improved. You can Therefore, the mesa structure having a desired shape can be formed by exposing a desired surface by etching for forming a mesa. Therefore, it becomes easy to re-grow the gallium nitride-based compound semiconductor material in a stepped portion after the mesa etching, and the side portion of the mesa structure can be filled with the current blocking layer.

【0012】そして、メサ型構造の両側を電流ブロック
層で埋め込むことにより、活性層へのキャリアの注入を
効率良く行うことができ、さらに電流ブロック層の屈折
率を活性層のそれより小さくすれば、活性層への光の閉
じ込めも可能となり、発振しきい値の低減をはかり得
る。特に、活性層が多重量子井戸構造をしている場合に
は、さらに発振しきい値の低減をはかることが可能とな
る。さらに、メサ型構造の両側を電流ブロック層で埋め
込むことにより、メサ型構造上のみではなく電流ブロッ
ク層上にもコンタクト層を形成することができ、これに
よりp側電極のコンタクトを広くすることができ、電極
−半導体層間のコンタクト抵抗低減による低電圧駆動が
可能となる。
By embedding both sides of the mesa structure with the current block layer, carriers can be efficiently injected into the active layer, and if the refractive index of the current block layer is made smaller than that of the active layer. The light can be confined in the active layer, and the oscillation threshold can be reduced. In particular, when the active layer has a multiple quantum well structure, the oscillation threshold can be further reduced. Furthermore, by embedding both sides of the mesa structure with the current blocking layer, it is possible to form the contact layer not only on the mesa structure but also on the current blocking layer, and thereby widen the contact of the p-side electrode. Therefore, it is possible to drive at a low voltage by reducing the contact resistance between the electrode and the semiconductor layer.

【0013】また、電流ブロック層を少なくともAlを
含む層を露出した面上に形成することにより、再成長界
面を通過して流れる無効電流を低減し、低しきい電流,
低動作電圧,高信頼性素子の実現が可能となる。
Further, by forming the current blocking layer on the surface where the layer containing at least Al is exposed, the reactive current flowing through the regrowth interface is reduced and the low threshold current,
It is possible to realize low operating voltage and high reliability devices.

【0014】また、ダブルヘテロ構造部に形成されたメ
サ型構造の位置を電極を形成するためのメサ構造部の中
心より電極に近くなるように配置することにより、電流
経路を短縮し、動作電圧を低減することができる。但
し、ダブルヘテロ構造部に形成されたメサ型構造部と電
極を形成するためのメサ型構造の端部との距離が、ダブ
ルヘテロ構造部に形成されたメサ型構造の幅の3倍以
上、20倍以内であることが望ましい。これは、ダブル
ヘテロ構造部に形成されたメサ型構造が、電極形成用メ
サに近接すると、メサ部を流れる電流に対し側面を流れ
る無効電流経路が長くなり、動作電圧アップの原因にな
ってしまうからである。
Further, by arranging the position of the mesa structure formed in the double hetero structure portion closer to the electrode than the center of the mesa structure portion for forming the electrode, the current path is shortened and the operating voltage is reduced. Can be reduced. However, the distance between the mesa structure formed in the double hetero structure and the end of the mesa structure for forming the electrode is 3 times or more the width of the mesa formed in the double hetero structure, It is desirable to be within 20 times. This is because when the mesa structure formed in the double hetero structure portion is close to the electrode forming mesa, the reactive current path flowing on the side surface becomes longer than the current flowing through the mesa portion, which causes an increase in operating voltage. Because.

【0015】また、ダブルヘテロ構造部に形成されたメ
サ型構造の幅を基板側電極を形成するためのメサ型構造
の幅の1/50以下に設定することにより、ダブルヘテ
ロ構造部に形成されたメサ型構造に適性な歪みを与え、
しきい電流を低減することができる。
Further, the width of the mesa structure formed in the double hetero structure portion is set to 1/50 or less of the width of the mesa structure for forming the substrate side electrode, so that the double hetero structure portion is formed. Giving an appropriate strain to the mesa type structure,
The threshold current can be reduced.

【0016】また、ダブルヘテロ構造部に形成されたメ
サ型構造の実効屈折率を、電流ブロック層の実効屈折率
よりも小さくすることによって、ダブルヘテロ構造部に
形成されたメサ型構造の幅を極端に狭くしなくても光の
ガイド効果が生じ、非点隔差が小さく安定な基本横モー
ド発振する素子を実現することが可能となる。
Further, by making the effective refractive index of the mesa structure formed in the double hetero structure portion smaller than that of the current blocking layer, the width of the mesa structure formed in the double hetero structure portion is reduced. Even if the width is not extremely narrowed, a light guiding effect is generated, and it is possible to realize a stable element having a small transverse difference and stable fundamental transverse mode oscillation.

【0017】また、メサ型構造の活性層の両側を気相中
の高温放置による結晶の再蒸発により除去し、この部分
に気相中の高温放置による結晶の成長によりマストラン
スポート層を形成しているので、メサ型構造の側面に埋
め込む電流ブロック層とメサ界面との結晶性が良好とな
る。このため、メサ側面のリーク電流が低減され活性層
に電流が効果的に注入されるため、より低しきい値で発
振する高出力の短波長の半導体レーザを実現することが
可能となる。
Further, both sides of the mesa-type active layer are removed by re-evaporation of the crystal by leaving it in the vapor phase at high temperature, and a mass transport layer is formed in this portion by growing the crystal by leaving it in the vapor phase at high temperature. Therefore, the crystallinity between the current block layer embedded in the side surface of the mesa structure and the mesa interface is improved. Therefore, the leak current on the side surface of the mesa is reduced and the current is effectively injected into the active layer, so that it is possible to realize a high-power short-wavelength semiconductor laser that oscillates at a lower threshold value.

【0018】また、ダブルヘテロ構造部のメサ型構造を
作成するために3層レジストを用いることにより、垂直
の側壁を有するマスクを形成することができ、これによ
りダブルヘテロ構造部のメサ型構造の幅を正確に制御す
ることが可能となる。
Further, by using the three-layer resist for forming the mesa structure of the double hetero structure portion, a mask having vertical sidewalls can be formed, whereby the mesa structure of the double hetero structure portion can be formed. It is possible to control the width accurately.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 (第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
係わる窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を
示す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【0020】サファイア基板101上に、GaNバッフ
ァ層102を介してn型GaNコンタクト層103が形
成されている。コンタクト層103上には、n型AlG
aNクラッド層104,n型GaNガイド層105,多
重量子井戸構造(MQW)の活性層106,p型GaN
ガイド層107,p型AlGaNクラッド層108から
なるメサ型構造が形成され、このメサ型構造の両側には
活性層106よりも屈折率の小さい高抵抗GaN電流ブ
ロック層110が埋め込み形成されている。ここで、M
QW活性層106は、障壁層としてIn組成5%のIn
GaN、井戸層としてIn組成15%のInGaNを用
いている。そして、メサ型構造及び電流ブロック層11
0上には、p型GaNコンタクト層109が形成されて
いる。
An n-type GaN contact layer 103 is formed on a sapphire substrate 101 with a GaN buffer layer 102 interposed therebetween. N-type AlG is formed on the contact layer 103.
aN clad layer 104, n-type GaN guide layer 105, multiple quantum well structure (MQW) active layer 106, p-type GaN
A mesa structure having a guide layer 107 and a p-type AlGaN cladding layer 108 is formed, and a high-resistance GaN current blocking layer 110 having a smaller refractive index than the active layer 106 is buried and formed on both sides of the mesa structure. Where M
The QW active layer 106 is made of In having a In content of 5% as a barrier layer.
GaN and InGaN with an In composition of 15% are used for the well layer. Then, the mesa structure and the current blocking layer 11
On 0, a p-type GaN contact layer 109 is formed.

【0021】また、電流ブロック層110はコンタクト
層103上の全面に形成されるのではなく、コンタクト
層103の一部が露出するように形成されている。そし
て、コンタクト層103の露出部上には、n側電極11
1が形成されている。さらに、p型GaNコンタクト層
109上にはp側電極112が形成されている。
The current block layer 110 is not formed on the entire surface of the contact layer 103, but is formed so that a part of the contact layer 103 is exposed. The n-side electrode 11 is formed on the exposed portion of the contact layer 103.
1 is formed. Further, a p-side electrode 112 is formed on the p-type GaN contact layer 109.

【0022】なお、メサ型構造は紙面表裏方向にストラ
イプ状となっており、ストライプ幅は0.5〜3μm、
ストライプ方向の長さ500μmとした。また、メサ型
構造及び電流ブロック層のストライプと直交する方向の
長さは200μm、n型GaNコンタクト層103の露
出部分のストライプと直交する方向の長さは200μm
とした。
The mesa structure has a stripe shape in the front and back direction of the paper, and the stripe width is 0.5 to 3 μm.
The length in the stripe direction was 500 μm. The length of the mesa structure and the current blocking layer in the direction orthogonal to the stripe is 200 μm, and the length of the exposed portion of the n-type GaN contact layer 103 in the direction orthogonal to the stripe is 200 μm.
And

【0023】製造工程としては、周知の有機金属気相成
長法(MOCVD法)を用い、サファイア基板101上
に厚さ50nmのGaNバッファ層102を成長し、そ
の上に厚さ4μmのn型GaNコンタクト層103,厚
さ1μmのn型AlGaNクラッド層104,厚さ0.
5μmのn型GaNガイド層105,厚さ0.3μmの
MQW活性層106,厚さ0.5μmのp型GaNガイ
ド層107,厚さ1μmのp型AlGaNクラッド層1
08までを順次成長形成する。
As a manufacturing process, a well-known metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) is used to grow a GaN buffer layer 102 having a thickness of 50 nm on a sapphire substrate 101, and an n-type GaN layer having a thickness of 4 μm. A contact layer 103, an n-type AlGaN cladding layer 104 having a thickness of 1 μm, a thickness of 0.
5 μm n-type GaN guide layer 105, 0.3 μm-thick MQW active layer 106, 0.5 μm-thick p-type GaN guide layer 107, 1 μm-thick p-type AlGaN cladding layer 1
Up to 08 are sequentially grown and formed.

【0024】次いで、上記の積層膜をn型GaNコンタ
クト層103が露出するまでメサ状に選択エッチング
し、メサ型構造を形成する。エッチングの方法として
は、マスク材にSiO2 を用い、塩素ガスなどを用いた
ドライエッチング法や、300℃程度に昇温したNaO
H溶液中に浸漬することによるウェットエッチングなど
を用いるのが望ましい。ここで、メサ型構造の下地とな
るGaN層103の表面は(0001)面であり、メサ
の側面は(11'00)面又は(112'0)面となってい
る。但し、x'はxの反転記号を意味している。
Next, the above-mentioned laminated film is selectively etched in a mesa shape until the n-type GaN contact layer 103 is exposed to form a mesa structure. As an etching method, SiO 2 is used as a mask material, a dry etching method using chlorine gas or the like, or NaO heated to about 300 ° C. is used.
It is desirable to use wet etching by immersing in H solution. Here, the surface of the GaN layer 103, which is the base of the mesa structure, is the (0001) plane, and the side surface of the mesa is the (11′00) plane or the (112′0) plane. However, x'means the inversion symbol of x.

【0025】このようにして作成されたメサ型構造につ
いて、メサ部を保護し、高抵抗GaNブロック層110
を選択成長させる。高抵抗GaN層110の作成は、亜
鉛を添加することによって行うことができる。p型Al
GaNクラッド層108と高抵抗GaN層110とをほ
ぼ同一平面内になるように調整した後、厚さ0.3μm
のp型GaNコンタクト層109を成長する。このコン
タクト層109には、横方向に電流を広げるために不純
物が高濃度(1×1019cm-3程度)にドープされてい
る。
With respect to the mesa structure thus formed, the mesa portion is protected and the high resistance GaN block layer 110 is formed.
Grow selectively. The high resistance GaN layer 110 can be formed by adding zinc. p-type Al
After adjusting the GaN clad layer 108 and the high-resistance GaN layer 110 to be substantially in the same plane, the thickness is 0.3 μm.
The p-type GaN contact layer 109 is grown. The contact layer 109 is heavily doped with impurities (about 1 × 10 19 cm −3 ) to spread the current in the lateral direction.

【0026】ここで、p型GaNコンタクト層109を
成長する際には、一度、成長装置からウェハを取り出し
ているので、元の結晶領域上に酸化膜が形成され、再成
長層の結晶品質が良くないことが考えられる。従って、
再成長を行う前に水素などで表面を軽く気相エッチング
した後、p型コンタクト層109を形成することが望ま
しい。このような工程を経ることによって、元の結晶領
域と再成長層との界面に絶縁物の層が形成されるのを回
避することができる。
Here, when growing the p-type GaN contact layer 109, since the wafer is once taken out from the growth apparatus, an oxide film is formed on the original crystal region, and the crystal quality of the regrowth layer is improved. It's not good. Therefore,
It is desirable to form the p-type contact layer 109 after lightly vapor-phase etching the surface with hydrogen before regrowth. Through such a step, it is possible to avoid the formation of an insulating layer at the interface between the original crystal region and the regrown layer.

【0027】また、再成長層(p型コンタクト層10
9)を形成する直前に550℃程度の低温バッファ層を
形成することも可能である。このようにすることによっ
て、再成長層の初期成長モードにおいて3次元成長する
ことを抑制し、初期から平坦な2次元成長結晶を得るこ
とができる。
Further, the regrown layer (p-type contact layer 10
It is also possible to form a low temperature buffer layer at about 550 ° C. immediately before forming 9). By doing so, three-dimensional growth of the regrown layer in the initial growth mode can be suppressed, and a flat two-dimensional grown crystal can be obtained from the initial stage.

【0028】以上述べた2つの工程については、高抵抗
GaNブロック層110を形成する際にも同様の効果を
得ることができることはいうまでもない。このようにし
て作成した埋め込み構造を、SiO2 などをマスクに用
いたドライエッチング法により、n型GaN層103の
一部が露出するまでエッチングする。そして、電極を周
知の真空蒸着法によって形成する。電極材としては、n
型GaNコンタクト層103に対するn側電極としては
Ti/Au積層膜111、p型GaNコンタクト層10
9に対するp側電極としてはNi/Au積層膜112を
用いる。電極のオーミック化のために、700℃,5分
の熱処理を行うのが望ましい。
Needless to say, the same effects can be obtained when the high resistance GaN block layer 110 is formed by the above-mentioned two steps. The embedded structure thus formed is etched by a dry etching method using SiO 2 or the like as a mask until a part of the n-type GaN layer 103 is exposed. Then, the electrodes are formed by a known vacuum deposition method. The electrode material is n
As the n-side electrode for the p-type GaN contact layer 103, a Ti / Au laminated film 111 and a p-type GaN contact layer 10 are used.
As the p-side electrode for 9, the Ni / Au laminated film 112 is used. It is desirable to perform heat treatment at 700 ° C. for 5 minutes in order to make the electrode ohmic.

【0029】このように本実施形態によれば、サファイ
ア基板101上に格子不整合を緩和するためのGaNバ
ッファ層102を形成し、その上にダブルへテロ構造部
を含む積層構造を形成しているので、ダブルへテロ構造
部のための結晶成長を容易に行うことができ、しかも各
結晶層の品質を向上させることができる。このため、メ
サ形状のためのエッチングにより、所望の面を出して所
望形状のメサを形成することができる。従って、メサエ
ッチング後の段差のあるところに窒化ガリウム系化合物
半導体材料を再成長するのも比較的容易となり、メサ側
部を窒化ガリウム系化合物半導体で良好に埋め込むこと
ができる。
As described above, according to this embodiment, the GaN buffer layer 102 for relaxing the lattice mismatch is formed on the sapphire substrate 101, and the laminated structure including the double hetero structure portion is formed thereon. Therefore, the crystal growth for the double hetero structure can be easily performed, and the quality of each crystal layer can be improved. Therefore, by etching for the mesa shape, a desired surface can be formed and a mesa having a desired shape can be formed. Therefore, it is relatively easy to re-grow the gallium nitride-based compound semiconductor material in the place where there is a step after the mesa etching, and the mesa side portion can be well filled with the gallium nitride-based compound semiconductor.

【0030】通常、エッチングしただけの結晶側面には
界面準位が多く形成される。このような界面準位はリー
ク電流(無効電流)の元となり、電流注入の効率を低下
させる。従って、メサ側面の界面準位の働きを抑制させ
なければならない。このような界面準位の効果を抑制す
るための一つの手段として、メサ側面をSiO2 などの
酸化膜等で保護した後にブロック層を形成する方法があ
る。別の手段としては、メサ構造が形成された後に、水
素などでメサ側面を軽くエッチングした後、ブロック層
を形成することも可能である。前者は界面準位を酸化膜
などによってパッシベートすることによって、後者は界
面準位の元となる結晶表面の乱れを除去することによっ
て、界面準位の効果を抑制することができる。
Usually, many interface states are formed on the side surface of the crystal just etched. Such an interface state becomes a source of leak current (reactive current), and reduces the efficiency of current injection. Therefore, the action of the interface state on the side surface of the mesa must be suppressed. As one means for suppressing the effect of such an interface state, there is a method of forming the block layer after protecting the side surface of the mesa with an oxide film such as SiO 2 . As another means, after the mesa structure is formed, the side surface of the mesa may be lightly etched with hydrogen or the like, and then the block layer may be formed. The former can suppress the effect of the interface level by passivating the interface level with an oxide film or the like, and the latter by removing the disorder of the crystal surface which is the source of the interface level.

【0031】また、メサ構造の両側がGaN電流ブロッ
ク層110で埋め込まれていることにより、活性層10
6へのキャリアの注入を効率良く行うことができ、さら
に電流ブロック層110としてGaNを用い活性層10
6よりも屈折率を小さくしているので、活性層106へ
の光の閉じ込めも可能となり、発振しきい値の低減をは
かり得る。特に、活性層106が多重量子井戸構造をし
ているため、さらに発振しきい値の低減をはかることが
可能となる。
In addition, since both sides of the mesa structure are filled with the GaN current blocking layer 110, the active layer 10 is formed.
Carrier can be efficiently injected into the active layer 10 and GaN is used as the current blocking layer 110.
Since the refractive index is smaller than that of 6, light can be confined in the active layer 106, and the oscillation threshold value can be reduced. In particular, since the active layer 106 has a multiple quantum well structure, it is possible to further reduce the oscillation threshold.

【0032】また、メサ型構造の両側を電流ブロック層
110で埋め込むことにより、メサ型構造上のみではな
く電流ブロック層110上にもp型GaNコンタクト層
109を形成することができ、これによりp側電極11
2のコンタクトを広くすることができ、電極−半導体層
間のコンタクト抵抗低減による低電圧駆動が可能とな
る。
Further, by embedding both sides of the mesa structure in the current blocking layer 110, the p-type GaN contact layer 109 can be formed not only on the mesa structure but also on the current blocking layer 110. Side electrode 11
The second contact can be widened, and low voltage driving is possible by reducing the contact resistance between the electrode and the semiconductor layer.

【0033】(第1の実施形態の変形例)第1の実施形
態では、活性層106にIn組成5%のInGaN障壁
層及びIn組成15%のInGaN井戸層からなるMQ
W構造を用いたが、単一のInGaNや単一量子井戸構
造としてもよい。MQWにした場合には、以下の点で有
利である。即ち、活性層より基板に近い層では基板とG
aN系の層との格子定数の違いによって格子欠陥が生じ
やすいが、活性層をMQWにすることによって、格子緩
和が生じ、活性層より上に形成したp型層の不純物活性
化率を上昇させることができる。また、障壁層及び井戸
層はInGaNに限るものではなく、窒化ガリウム系化
合物半導体材料Inx Gay Alz1-x-y-z N(0≦
x,y,z,x+y+z≦1)であれば用いることが可
能である。
(Modification of the First Embodiment) In the first embodiment, the active layer 106 is an MQ having an InGaN barrier layer with an In composition of 5% and an InGaN well layer with an In composition of 15%.
Although the W structure is used, a single InGaN or single quantum well structure may be used. The MQW is advantageous in the following points. That is, in the layer closer to the substrate than the active layer, the substrate and the G
Lattice defects are likely to occur due to the difference in lattice constant from the aN-based layer, but when the active layer is MQW, lattice relaxation occurs and the impurity activation rate of the p-type layer formed above the active layer is increased. be able to. Further, the barrier layer and the well layer is not limited to InGaN, GaN-based compound semiconductor materials In x Ga y Al z B 1 -xyz N (0 ≦
If x, y, z, x + y + z ≦ 1), it can be used.

【0034】第1の実施形態では、電流ブロック層11
0としての高抵抗層の製造方法として、結晶成長時のZ
nの添加を例に示したが、水素などをイオン注入するこ
とによる不純物の不活性化により高抵抗化することも可
能である。また、製造工程におけるエッチングマスクや
成長用のマスクは、必ずしもSiO2 に限るものではな
くSi34 などでもよい。また、基板はサファイアに
限るものではなく、スピネル,ZnOなどの酸化物、S
iC,GaAs,GaN,ZnSe,Siなどの半導
体、MgF2 等の絶縁物を用いることも可能である。
In the first embodiment, the current blocking layer 11
As a manufacturing method of the high resistance layer as 0, Z at the time of crystal growth is used.
Although the addition of n has been shown as an example, it is also possible to increase the resistance by inactivating impurities by ion implantation of hydrogen or the like. Further, the etching mask and the growth mask in the manufacturing process are not necessarily limited to SiO 2 and may be Si 3 N 4 or the like. The substrate is not limited to sapphire, but spinel, oxides such as ZnO and S
It is also possible to use semiconductors such as iC, GaAs, GaN, ZnSe and Si, and insulators such as MgF 2 .

【0035】電流ブロック層110はZnドープの高抵
抗GaNに限るものではなく、例えばAlNやInN、
或いはこれらとGaNとの混晶、或いはSiO2 などの
絶縁膜でもよい。さらに、図2(a)に示すように、p
型GaN層121とn型GaN層122を積層し、これ
らのpn逆接合を利用したものであってもよい。
The current blocking layer 110 is not limited to Zn-doped high-resistance GaN, but may be AlN, InN, or the like.
Alternatively, a mixed crystal of these and GaN, or an insulating film such as SiO 2 may be used. Further, as shown in FIG.
The type GaN layer 121 and the n-type GaN layer 122 may be laminated and the pn reverse junction between them may be used.

【0036】また、埋め込み層の周辺構造としては、単
純な埋め込みではなく、図2(b)に示すような構造で
もよい。図2(b)では、p型GaNコンタクト層10
9がメサ型構造の側面にも形成されており、電流ブロッ
ク層(高抵抗層)110に添加したZnの活性層106
への拡散を抑制している。この場合、ビルトインポテン
シャルの差を利用して電流狭窄を行うことができる。
The peripheral structure of the burying layer is not limited to simple burying and may be a structure as shown in FIG. 2 (b). In FIG. 2B, the p-type GaN contact layer 10
9 is also formed on the side surface of the mesa structure, and the active layer 106 of Zn added to the current block layer (high resistance layer) 110 is formed.
To spread to. In this case, the current confinement can be performed by utilizing the difference in the built-in potential.

【0037】(第2の実施形態)図3は、本発明の第2
の実施形態に係わる窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
の素子構造を示す断面図である。なお、図1と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the embodiment of FIG. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0038】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、クラッド層104,ガイド層105,活性層10
6,ガイド層107,クラッド層108からなるメサ型
構造において、基板側のクラッド層104の一部を残し
たことにある。この場合、Alを含まない高抵抗GaN
電流ブロック層110は、Alを含むn型AlGaNク
ラッド層104上に埋込み成長されることになる。
This embodiment is different from the first embodiment in that the cladding layer 104, the guide layer 105 and the active layer 10 are different.
In the mesa structure composed of 6, the guide layer 107 and the clad layer 108, a part of the clad layer 104 on the substrate side is left. In this case, high-resistance GaN containing no Al
The current blocking layer 110 is to be embedded and grown on the n-type AlGaN cladding layer 104 containing Al.

【0039】このような構成であれば、先の第1の実施
形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、次のよう
な効果が得られる。即ち、高抵抗GaN電流ブロック層
110がn型GaN層103と接するのではなく、n型
AlGaNクラッド層104と接することになるので、
リーク電流の低減と共にしきい値の低下をはかることが
できる。
With such a structure, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, the high-resistance GaN current blocking layer 110 is not in contact with the n-type GaN layer 103, but is in contact with the n-type AlGaN cladding layer 104.
It is possible to reduce the leak current and the threshold value.

【0040】即ち本実施形態では、GaN電流ブロック
層110をn型GaAlNからなるn型クラッド層10
3の表面を露出させその上に再成長させることにより形
成している。この場合、電流ブロック層110として
は、ZnドープGaNなどの実質的に高抵抗のi型層が
望ましい。ここで、Alを含む表面には、GaAlN,
InGaAlNなどがある。Alを含む表面上にGaN
の電流ブロック層を形成することで、発生再結合電流を
ヘテロバリアで抑制することができるため、より良い電
流狭窄効果が得られるのである。
That is, in this embodiment, the GaN current blocking layer 110 is formed of the n-type cladding layer 10 made of n-type GaAlN.
It is formed by exposing the surface of No. 3 and regrowth on it. In this case, the current blocking layer 110 is preferably a substantially high resistance i-type layer such as Zn-doped GaN. Here, on the surface containing Al, GaAlN,
InGaAlN and the like. GaN on the surface containing Al
By forming the current blocking layer of (1), the generated recombination current can be suppressed by the heterobarrier, so that a better current constriction effect can be obtained.

【0041】なお、図3では活性層部分を図1と同様に
MQW活性層をガイド層で挟んだ構成としているが、必
ずしも量子井戸構造にする必要はなく、単層の活性層と
してもよい。また、本実施形態においても、第1の実施
形態で説明したような各種の変形が可能である。
Although the active layer portion in FIG. 3 has a structure in which the MQW active layer is sandwiched between the guide layers as in FIG. 1, it is not necessarily required to have a quantum well structure and may be a single layer active layer. Also, in this embodiment, various modifications as described in the first embodiment are possible.

【0042】また、図18に示すように、電流ブロック
層110上にもp型GaAlN層108を形成しておく
ことにより、発生再結合電流をヘテロバリアで抑制する
効果が顕著になり、電流狭窄効果を高めることができ
る。
Further, as shown in FIG. 18, by forming the p-type GaAlN layer 108 also on the current blocking layer 110, the effect of suppressing the generated recombination current by the heterobarrier becomes remarkable, and the current constriction effect. Can be increased.

【0043】(第3の実施形態)図4は、本発明の第2
の実施形態に係わる窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
の素子構造を示す斜視図(a)と断面図(b)である。
なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳し
い説明は省略する。
(Third Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view (a) and a sectional view (b) showing an element structure of the gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the embodiment.
The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0044】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、メサ型のダブルヘテロ構造部を、ダブルヘテロ構造
部及び電流ブロック層からなる素子主要部の中央より
も、n側電極111側に偏って形成したことにある。即
ち、ダブルヘテロ構造部は、素子主要部の中央ではな
く、n側電極111側に偏って形成され、n側電極11
1側の電流ブロック層の幅は10μmとなっている。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the mesa-type double hetero structure part is located closer to the n-side electrode 111 than the center of the main part of the element composed of the double hetero structure part and the current block layer. It is formed unevenly. That is, the double hetero structure portion is formed not on the center of the element main portion but on the n-side electrode 111 side, and
The width of the current blocking layer on the first side is 10 μm.

【0045】このような構成であれば、先の第1の実施
形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、ダブルヘ
テロ構造のストライプ部分が中心より電極側に近いた
め、電流経路を短縮して動作電圧を低くすることができ
る。
With such a structure, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the stripe portion of the double hetero structure is closer to the electrode side than the center, so that the current path is shortened. The operating voltage can be lowered.

【0046】ここで、ダブルヘテロ構造部に形成された
メサ型構造部(ストライプ部)とn側電極を形成するた
めのメサ型構造(素子主要部)の端部との距離は、スト
ライプ部の幅の3倍以上、20倍以内であることが望ま
しい。これは、ストライプ部が素子主要部の端部に近接
すると、ストライプ部を流れる電流に対し側面を流れる
無効電流経路が長くなり、動作電圧アップの原因になっ
てしまうからである。この点から、ストライプ部の幅を
0.5〜3.3μm、ストライプ部から素子主要部の端
部までの長さを10μmとすればよい。
Here, the distance between the mesa type structure portion (stripe portion) formed in the double hetero structure portion and the end portion of the mesa type structure (element main portion) for forming the n-side electrode is equal to the distance of the stripe portion. It is desirable that the width is 3 times or more and 20 times or less. This is because when the stripe portion is close to the end portion of the element main portion, the reactive current path flowing on the side surface becomes longer than the current flowing through the stripe portion, which causes an increase in operating voltage. From this point of view, the width of the stripe portion may be 0.5 to 3.3 μm, and the length from the stripe portion to the end portion of the element main portion may be 10 μm.

【0047】また、図4の構成において、ストライプ部
の幅を、n側電極111を形成するための素子主要部の
幅の1/50以下に設定する。これにより、ストライプ
部に適性な歪みが与えられることになり、しきい電流を
抑制することができる。さらに、図4の構成において、
ストライプ部の実効屈折率を電流ブロック層110の実
効屈折率よりも小さくすることにより、ストライプ部の
幅を極端に狭くしなくても光のガイド効果が生じ、これ
によって非点隔差の小さな素子を実現することが可能と
なる。
In the structure shown in FIG. 4, the width of the stripe portion is set to 1/50 or less of the width of the main portion of the element for forming the n-side electrode 111. As a result, appropriate distortion is given to the stripe portion, and the threshold current can be suppressed. Furthermore, in the configuration of FIG.
By making the effective refractive index of the stripe portion smaller than the effective refractive index of the current block layer 110, a light guiding effect is generated without extremely narrowing the width of the stripe portion, and thus an element having a small astigmatic difference is obtained. It can be realized.

【0048】なお、図4ではMQW活性層部分を単層と
しているが、図1と同様にMQW活性層をガイド層で挟
んだ構成としてもよい。また、本実施形態においても、
第1の実施形態で説明したような各種の変形が可能であ
る。さらに、本実施形態のようにストライプ部分を中心
より電極側にずらす構成は、前記図2や図3に示した構
成にも適用することができる。
Although the MQW active layer portion is a single layer in FIG. 4, the MQW active layer may be sandwiched between the guide layers as in FIG. Also in this embodiment,
Various modifications as described in the first embodiment are possible. Further, the configuration in which the stripe portion is displaced from the center to the electrode side as in the present embodiment can be applied to the configurations shown in FIGS.

【0049】(第4の実施形態)図5は、本発明の第4
の実施形態に係わる窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
の素子構造を示す断面図である。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the embodiment of FIG.

【0050】サファイア基板201上に、GaNバッフ
ァ層202を介してn型GaN層コンタクト層203が
形成され、その上にn型AlGaNクラッド層204、
InGaN−MQW活性層205、p型AlGaNクラ
ッド層206、p型GaN層207が積層されたダブル
へテロ構造部がメサ状に加工されている。
An n-type GaN layer contact layer 203 is formed on a sapphire substrate 201 via a GaN buffer layer 202, and an n-type AlGaN cladding layer 204, is formed thereon.
The double hetero structure portion in which the InGaN-MQW active layer 205, the p-type AlGaN cladding layer 206, and the p-type GaN layer 207 are laminated is processed into a mesa shape.

【0051】メサ型構造の活性層205の両側は一部除
去され、この部分には活性層205より屈折率が低い
(Al,In)GaN層(マストランスポート層)21
1が形成されている。さらに、メサ型構造の両側にはp
型GaN埋め込み層212とn型GaN埋め込み層21
3を積層してなる電流ブロック層が埋め込み形成されて
いる。
Both sides of the active layer 205 having a mesa structure are partially removed, and in this portion, a (Al, In) GaN layer (mass transport layer) 21 having a lower refractive index than the active layer 205 is formed.
1 is formed. Furthermore, p is on both sides of the mesa structure.
-Type GaN buried layer 212 and n-type GaN buried layer 21
A current block layer formed by stacking 3 is buried and formed.

【0052】メサ型構造部及びn型GaN層213上に
はp型GaNコンタクト層208が形成され、またn型
GaN層コンタクト203の一部が露出するように各層
がエッチング除去されている。そして、露出したn型G
aNコンタクト層203上にはn側電極221が形成さ
れ、p型GaNコンタクト層208上にはp側電極22
2が形成されている。
A p-type GaN contact layer 208 is formed on the mesa structure portion and the n-type GaN layer 213, and each layer is removed by etching so that a part of the n-type GaN layer contact 203 is exposed. And the exposed n-type G
An n-side electrode 221 is formed on the aN contact layer 203, and a p-side electrode 22 is formed on the p-type GaN contact layer 208.
2 is formed.

【0053】本実施形態においては、活性層205より
屈折率が低い(Al,In)GaN層211を活性層2
05に接して形成することにより、活性層205への光
閉じ込めが可能となる。さらに、p型GaN埋め込み層
212,n型GaN埋め込み層213により活性層20
5への電流狭窄が可能となり、活性層205への電流注
入が効率的に行われる。即ち、p型GaNコンタクト層
208の表面全体にp側電極222を形成するが、電流
は埋め込み層212,213のpn逆接合により活性層
205に効果的に注入される。このような構造では、p
側電極222のコンタクト面積を広くできるため、電極
−半導体層間のコンタクト抵抗を低減でき、低電圧での
駆動が可能で信頼性が大幅に向上する。また、p型Ga
Nコンタクト層208により素子表面が平坦化されてい
るため、チップ化しやすいという利点もある。
In this embodiment, the (Al, In) GaN layer 211 having a lower refractive index than the active layer 205 is used as the active layer 2.
When it is formed in contact with 05, light can be confined in the active layer 205. Furthermore, the p-type GaN burying layer 212 and the n-type GaN burying layer 213 are used to form the active layer 20.
The current can be narrowed to 5 and the current can be efficiently injected into the active layer 205. That is, the p-side electrode 222 is formed on the entire surface of the p-type GaN contact layer 208, but current is effectively injected into the active layer 205 by the pn reverse junction of the buried layers 212 and 213. In such a structure, p
Since the contact area of the side electrode 222 can be widened, the contact resistance between the electrode and the semiconductor layer can be reduced, driving at low voltage is possible, and the reliability is greatly improved. In addition, p-type Ga
Since the element surface is flattened by the N contact layer 208, there is also an advantage that it is easy to form a chip.

【0054】製造方法においては、ダブルへテロ構造を
メサ状にエッチングする方法は一般にRIEが用いられ
るが、この際に結晶表面にダメージを与える。このた
め、表面のダメージ層をウェットエッチングで除去する
が、窒化ガリウム系材料はウェットエッチングで除去す
るのが難しい。そこで本実施形態は、結晶成長炉中でエ
ッチング、さらに結晶成長することを特徴としている。
In the manufacturing method, RIE is generally used as a method for etching the double hetero structure into a mesa shape, but at this time, the crystal surface is damaged. Therefore, the damaged layer on the surface is removed by wet etching, but it is difficult to remove the gallium nitride-based material by wet etching. Therefore, the present embodiment is characterized by performing etching and further crystal growth in a crystal growth furnace.

【0055】即ち、RIE等でドライエッチングしてメ
サ形成後に、MOCVD法等により埋め込み成長する際
に、基板温度800℃で保持してNH3 ガス流量を少な
くすると、結晶はエッチングされる。特に、InGaN
層はエッチングレートが大きくメサ部分の活性層205
は容易にエッチングされ、RIEによるダメージ層の除
去が容易である。引き続き、基板温度800℃で保持し
てNH3 ガス流量を多くすると、マストランスポートに
よりエッチングされた活性層部分とメサ底部の角に結晶
成長する。このような製造方法によると、メサ側面のリ
ーク電流が低減され、活性層205に電流が効果的に注
入される。
That is, when the mesas are formed by dry etching by RIE or the like and then the embedded growth is carried out by the MOCVD method or the like, the crystal is etched if the substrate temperature is kept at 800 ° C. and the NH 3 gas flow rate is reduced. In particular, InGaN
The layer has a large etching rate and the active layer 205 in the mesa portion
Is easily etched, and the damaged layer can be easily removed by RIE. Subsequently, when the substrate temperature is kept at 800 ° C. and the NH 3 gas flow rate is increased, crystals are grown at the corners of the active layer portion etched by mass transport and the mesa bottom portion. According to such a manufacturing method, the leak current on the side surface of the mesa is reduced, and the current is effectively injected into the active layer 205.

【0056】図6及び図7は、同実施形態の製造工程を
示す断面図である。まず、図6(a)に示すように、サ
ファイア基板201上に厚さ50nmのGaNバッファ
層202、厚さ4μmのn型GaN層コンタクト20
3、厚さ1μmのn型AlGaNクラッド層204、厚
さ0.3μmのInGaN−MQW活性層205、厚さ
1μmのp型AlGaNクラッド層206、厚さ0.5
μmのp型GaN層7をMOCVD法により順次成長す
る。
6 and 7 are sectional views showing the manufacturing process of the same embodiment. First, as shown in FIG. 6A, a GaN buffer layer 202 having a thickness of 50 nm and an n-type GaN layer contact 20 having a thickness of 4 μm are formed on a sapphire substrate 201.
3, n-type AlGaN clad layer 204 having a thickness of 1 μm, InGaN-MQW active layer 205 having a thickness of 0.3 μm, p-type AlGaN clad layer 206 having a thickness of 1 μm, thickness 0.5
The μ-type p-type GaN layer 7 is sequentially grown by the MOCVD method.

【0057】次いで、図6(b)に示すように、p型G
aN層207の表面にSiO2 膜231を形成した後、
PEP法によりパターニングし、エッチングしてp型G
aN層207を露出させて、RIE法によりn型GaN
層203が露出するまでエッチングする。ここで、上記
のSiO2 膜231のパターニングを、後述するように
3層レジストを用いて行ってもよい。
Then, as shown in FIG. 6B, p-type G
After forming the SiO 2 film 231 on the surface of the aN layer 207,
Patterning by PEP method, etching and p-type G
The aN layer 207 is exposed and n-type GaN is formed by the RIE method.
Etch until layer 203 is exposed. Here, the patterning of the SiO 2 film 231 may be performed using a three-layer resist as described later.

【0058】次いで、MOCVD反応炉中で800℃に
保持しておき、NH3 ガス流量2l/分、N2 ガス流量
20l/分を流すと、図6(c)に示すように、表面が
ガスエッチングされ、特に活性層205の両側が一部除
去される。
Next, when the temperature is kept at 800 ° C. in the MOCVD reaction furnace and the flow rate of NH 3 gas is 2 l / min and the flow rate of N 2 gas is 20 l / min, the surface becomes gas, as shown in FIG. The active layer 205 is partially etched, especially on both sides.

【0059】次いで、NH3 ガス流量10l/分、N2
ガス流量20l/分を流すと、図6(d)に示すよう
に、マストランスポートによりメサ表面の凹凸が埋めら
れるように結晶層(マストランスポート層)211が成
長する。
Next, the flow rate of NH 3 gas is 10 l / min, and N 2 is
When a gas flow rate of 20 l / min is applied, as shown in FIG. 6D, a crystal layer (mass transport layer) 211 grows so that the irregularities on the surface of the mesa are filled with the mass transport.

【0060】次いで、図7(e)に示すように、p型G
aN埋め込み層212、n型GaN埋め込み層213の
電流ブロック層を形成する。なお、上記した活性層両側
のガスエッチング、マストランスポート層の形成、電流
ブロック層の形成は、MOCVDのための原料ガスが供
給される同一の反応炉内で連続して行うことができ、従
ってメサ型構造の側面が大気中に晒されることがない。
Then, as shown in FIG. 7E, p-type G
Current blocking layers of the aN buried layer 212 and the n-type GaN buried layer 213 are formed. The above-described gas etching on both sides of the active layer, formation of the mass transport layer, and formation of the current block layer can be continuously performed in the same reaction furnace to which the raw material gas for MOCVD is supplied. The sides of the mesa structure are not exposed to the atmosphere.

【0061】次いで、図7(f)に示すように、表面の
SiO2 膜231を除去してp型GaNコンタクト層2
08を成長させる。次いで、図7(g)に示すように、
SiO2 膜231を形成した後、PEP法によりパター
ニング、エッチングしてp型GaNコンタクト層208
を露出させて、RIE法によりn型GaNコンタクト層
203が露出するまでエッチングする。
Then, as shown in FIG. 7F, the SiO 2 film 231 on the surface is removed to remove the p-type GaN contact layer 2
Grow 08. Then, as shown in FIG.
After forming the SiO 2 film 231, the p-type GaN contact layer 208 is formed by patterning and etching by the PEP method.
Are exposed, and etching is performed by RIE until the n-type GaN contact layer 203 is exposed.

【0062】次いで、n側電極221としてTi/Au
積層膜を形成し、さらにp側電極222としてNi/A
u積層膜を形成した後に熱処理を加えることにより、前
記図3に示す構造が得られる。
Next, Ti / Au is used as the n-side electrode 221.
A laminated film is formed, and Ni / A is used as the p-side electrode 222.
The structure shown in FIG. 3 is obtained by applying heat treatment after forming the u laminated film.

【0063】このようにして得られた半導体レーザにつ
いて、電流−光パワー・電圧特性を調べた結果をそれぞ
れ図8(a)(b)に示す。本実施形態では、従来例よ
りしきい値電流が約1/2の良好な特性が得られた。ま
た、ウェハ表面に凹凸が少ないため、チップ化の際の素
子歩留りは90%以上と良好であった。
The results of examining the current-optical power / voltage characteristics of the semiconductor laser thus obtained are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), respectively. In this embodiment, good characteristics with a threshold current of about 1/2 of that of the conventional example were obtained. Further, since the surface of the wafer has few irregularities, the device yield at the time of chip formation was as good as 90% or more.

【0064】(第4の実施形態の変形例)第4の実施形
態では、マストランスポートによる結晶層211を活性
層205の側部と共にメサ底部に形成したが、図9
(a)に示すように、活性層205の側部のみに結晶層
211を形成するようにしてもよい。
(Modification of Fourth Embodiment) In the fourth embodiment, the crystal layer 211 formed by mass transport is formed on the mesa bottom together with the side of the active layer 205.
As shown in (a), the crystal layer 211 may be formed only on the side portion of the active layer 205.

【0065】また、電流ブロック層は必ずしもpn逆接
合を利用したものに限らず、図9(b)に示すように、
GaNの高抵抗層215にしてもよい。さらに、図9
(c)に示すように、活性層205が大きくエッチング
されない程度のガスエッチングをした後に、マストラン
スポートによる結晶層211を形成するようにしてもよ
い。また、第1の実施形態の変形例でも述べたように、
活性層の構成、電流ブロック層の構成・材料等は、仕様
に応じて適宜変更可能である。
The current blocking layer is not limited to the one using the pn reverse junction, but as shown in FIG.
The high resistance layer 215 of GaN may be used. Furthermore, FIG.
As shown in (c), the crystal layer 211 may be formed by mass transport after performing gas etching to such an extent that the active layer 205 is not largely etched. Moreover, as described in the modification of the first embodiment,
The configuration of the active layer, the configuration and material of the current blocking layer, etc. can be appropriately changed according to the specifications.

【0066】(第5の実施形態)図10は、本発明の第
5の実施形態に係わる窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザの素子構造を示す断面図である。基本構造は図1に示
した第1の実施形態と同じである。
(Fifth Embodiment) FIG. 10 is a sectional view showing the device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention. The basic structure is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

【0067】図中301はサファイア基板であり、この
基板301上にGaNバッファ層302,n型GaNコ
ンタクト層303,n型AlGaNクラッド層304,
n型GaN導波層305,InGaNからなるMQW活
性層306,p型GaN導波層307,p型AlGaN
クラッド層308,AlGaN電流ブロック層310,
p型GaNコンタクト層309が形成されている。これ
らの結晶成長は、MOCVD法或いはMBE法によって
行われる。
In the figure, reference numeral 301 denotes a sapphire substrate, on which a GaN buffer layer 302, an n-type GaN contact layer 303, an n-type AlGaN cladding layer 304,
n-type GaN waveguide layer 305, MQW active layer 306 made of InGaN, p-type GaN waveguide layer 307, p-type AlGaN
Clad layer 308, AlGaN current blocking layer 310,
A p-type GaN contact layer 309 is formed. These crystal growths are performed by MOCVD method or MBE method.

【0068】p型AlGaNクラッド層308からn型
AlGaNクラッド層304まではメサ部を除いてエッ
チング除去され、この両側に高抵抗のAlGaN電流ブ
ロック層310が形成される。p型GaNコンタクト層
309からn型GaNコンタクト層303までが部分的
に除去され、n型GaNコンタクト層303上にはn側
電極311、p型GaNコンタクト層309上にはp側
電極312が形成される。
The p-type AlGaN clad layer 308 to the n-type AlGaN clad layer 304 are removed by etching except for the mesa portion, and the high-resistance AlGaN current block layer 310 is formed on both sides thereof. The p-type GaN contact layer 309 to the n-type GaN contact layer 303 are partially removed, and the n-side electrode 311 is formed on the n-type GaN contact layer 303 and the p-side electrode 312 is formed on the p-type GaN contact layer 309. To be done.

【0069】このレーザの活性層部は、Inc Ga1-c
N井戸層/Ind Ga1-d N障壁層(c>d)からなる
多重量子井戸、及びGaN導波層を設けたSCH構造と
なっている。
The active layer portion of this laser is In c Ga 1 -c
The SCH structure is provided with a multiple quantum well composed of N well layer / In d Ga 1-d N barrier layer (c> d) and a GaN waveguide layer.

【0070】具体的な組成及び各層の膜厚の例を示す
と、多重量子井戸はIn0.2 Ga0.8N井戸層(2n
m)/In0.05Ga0.95N障壁層(4nm)の5対から
なり、GaN導波層の厚さはそれぞれ0.1μmであ
る。また、両クラッド層は、n型Ga0.85Al0.15
(0.3μm)、p型Ga0.85Al0.15N(0.3μ
m)からなる。
To give an example of the specific composition and the film thickness of each layer, the multiple quantum well is an In 0.2 Ga 0.8 N well layer (2n
m) / In 0.05 Ga 0.95 N barrier layers (4 nm), each of which has a thickness of 0.1 μm. Both clad layers are n-type Ga 0.85 Al 0.15 N
(0.3 μm), p-type Ga 0.85 Al 0.15 N (0.3 μm
m).

【0071】ここで重要なのは、安定な基本横モード発
振を得るためのメサ幅と活性層部/埋込み層の屈折率差
ΔNである。活性層部の構造が決まれば、ΔNは埋込み
層の組成で決まる。本実施形態の例では、埋込み層をG
0.94Al0.06Nとし、ストライプ幅を1μmとした。
What is important here is the mesa width and the refractive index difference ΔN between the active layer portion / buried layer for obtaining stable fundamental transverse mode oscillation. Once the structure of the active layer portion is determined, ΔN is determined by the composition of the buried layer. In the example of the present embodiment, the buried layer is G
a 0.94 Al 0.06 N, and the stripe width was 1 μm.

【0072】ここで、安定な基本横モード発振を実現す
るためのストライプ幅と埋込み層組成との関係について
説明する。図11はIn0.2 Ga0.8 N井戸層(2n
m)/In0.05Ga0.95N障壁層(4nm)からなる多
重量子井戸構造(導波層,クラッド層のパラメータは図
10と同様)を活性層部に用いた場合、Ga1-x Alx
N埋込み層のAl組成xに対して水平横モードの1次モ
ード(高次モード)がカットオフとなる条件、即ち基本
横モードのみが存在する条件を満たすストライプ幅Wを
プロットしたものである。安定な基本横モード発振を実
現するには、ストライプ幅Wはこの図の曲線で示された
値より小さく設定する必要がある。
Now, the relationship between the stripe width and the composition of the buried layer for realizing stable fundamental transverse mode oscillation will be described. FIG. 11 shows an In 0.2 Ga 0.8 N well layer (2n
m) / In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer (4 nm) having a multiple quantum well structure (the parameters of the waveguide layer and the clad layer are the same as those in FIG. 10) is used in the active layer portion, Ga 1-x Al x
It is a plot of the stripe width W that satisfies the condition that the first-order mode (higher-order mode) of the horizontal transverse mode is cut off with respect to the Al composition x of the N-buried layer, that is, the condition that only the basic transverse mode exists. In order to realize stable fundamental transverse mode oscillation, the stripe width W needs to be set smaller than the value shown by the curve in this figure.

【0073】埋込み構造はキャリアと光を効率的に閉じ
込め、低しきい値での発振を実現するのに適した構造で
あるが、窒化ガリウム系化合物半導体レーザでは、基本
横モードを得るためのメサ幅が狭いため、作成プロセス
ではその制御を厳密に行う必要がある。メサ幅が狭くな
るのは発振波長が短いためで、窒化ガリウム系化合物半
導体レーザでは本質的な問題と言える。
The buried structure is a structure suitable for efficiently confining carriers and light and realizing oscillation at a low threshold value. However, in the gallium nitride-based compound semiconductor laser, a mesa for obtaining a fundamental transverse mode is obtained. Due to its narrow width, the manufacturing process requires strict control. The narrow mesa width is due to the short oscillation wavelength, which can be said to be an essential problem in gallium nitride-based compound semiconductor lasers.

【0074】メサ幅を比較的大きくするには、水平方向
の屈折率差ΔNを小さくする、即ち埋込み層のAl組成
を小さくすればよい。但し、ΔNの制御は組成や膜厚の
制御性に依存するため、確実に高次モードをカットオフ
するには、図11からも分るように、メサ幅を1μm以
下とすることが望ましい。
In order to make the mesa width relatively large, the refractive index difference ΔN in the horizontal direction may be made small, that is, the Al composition of the buried layer may be made small. However, since the control of ΔN depends on the controllability of the composition and the film thickness, it is desirable to set the mesa width to 1 μm or less in order to surely cut off the higher-order mode, as can be seen from FIG.

【0075】このメサ幅を大きくする手法として、反導
波構造がある。反導波構造は、ストライプ外の屈折率を
ストライプ内より大きくした構造である。この場合、屈
折率差ΔNは通常の光導波路とは逆の負の値となるが、
ストライプ内外の損失差或いは利得差によって導波モー
ドが形成される。反導波構造は、利得差のみによって導
波モードを形成する、いわゆる利得導波構造とは大きな
違いがある。それは、非点収差が小さく、かつ低しきい
値化が可能なことである。
As a method for increasing the mesa width, there is an anti-waveguide structure. The anti-waveguide structure is a structure in which the refractive index outside the stripe is larger than that inside the stripe. In this case, the refractive index difference ΔN has a negative value, which is the opposite of that of the ordinary optical waveguide.
A waveguide mode is formed by the loss difference or gain difference inside and outside the stripe. The anti-guiding structure is significantly different from a so-called gain guiding structure in which a guided mode is formed only by a gain difference. That is, the astigmatism is small and the threshold value can be lowered.

【0076】利得導波型,実屈折率導波型,反導波型を
比較するため、それぞれの非点隔差、及び1次モードと
基本モードとの損失差のストライプ幅依存性を図12
(a)(b)に示した。損失差が大きいほど基本横モー
ドでの発振が得られ易く、また非点隔差が小さいほど光
ディスク等の応用では使い易い特性である。図12
(a)(b)から分るように、利得導波型は非点隔差が
極めて大きく、光ディスク応用には使用できない。これ
に対して実屈折率導波型は非点隔差を小さい値とするこ
とができる。但し、ストライプ幅の大きい領域では高次
モードと基本モードとの損失差が本質的には0であるた
め、図11でも説明したように、ストライプ幅を極めて
小さく値に制御する必要がある。
In order to compare the gain guided type, the real refractive index guided type and the anti-guided type, the astigmatic difference of each and the stripe width dependence of the loss difference between the primary mode and the fundamental mode are shown in FIG.
Shown in (a) and (b). The larger the loss difference, the easier it is to obtain oscillation in the fundamental transverse mode, and the smaller the astigmatic difference, the easier it is to use in applications such as optical discs. 12
As can be seen from (a) and (b), the gain waveguide type has a very large astigmatic difference and cannot be used for optical disk applications. On the other hand, in the real index guided type, the astigmatic difference can be set to a small value. However, in a region where the stripe width is large, the loss difference between the higher-order mode and the fundamental mode is essentially 0. Therefore, it is necessary to control the stripe width to an extremely small value as described with reference to FIG.

【0077】これに対して、反導波型は実屈折率同型と
同程度に小さく、かつ比較的広いストライプ幅でも、高
次モードと基本モードとの損失差を大きくすることがで
きるという特徴がある。このような反導波型を採用した
例を次の第6の実施形態で説明する。
On the other hand, the anti-waveguide type has a characteristic that it is as small as the real index type and the loss difference between the higher-order mode and the fundamental mode can be increased even with a relatively wide stripe width. is there. An example of adopting such an anti-waveguide type will be described in the next sixth embodiment.

【0078】(第6の実施形態)図13は、本発明の第
6の実施形態に係わる窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザの素子構造を示す断面図である。なお、図10と同一
部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略す
る。
(Sixth Embodiment) FIG. 13 is a sectional view showing the device structure of a gallium nitride compound semiconductor laser according to the sixth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 10 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0079】本実施形態が図10に示した第5の実施形
態と異なる点は、電流ブロック層を高抵抗のIn0.2
0.8 N層359としたことにある。これにより、電流
ブロック層359の屈折率は、ダブルヘテロ構造部の等
価屈折率より大きくなる。また、電流ブロック層359
のバンドギャップは量子井戸を構成する井戸層と同じで
あるため、高抵抗でキャリアが注入されない状態では、
発振波長に対して損失層となる。即ち、屈折率に関して
はストライプ内<ストライプ外、損失に関してはストラ
イプ内<ストライプ外という反導波構造が実現される。
The present embodiment is different from the fifth embodiment shown in FIG. 10 in that the current blocking layer is made of high resistance In 0.2 G
a 0.8 N layer 359. As a result, the refractive index of the current blocking layer 359 becomes higher than the equivalent refractive index of the double hetero structure portion. In addition, the current blocking layer 359
Since the bandgap of is the same as the well layer that constitutes the quantum well, in the state where carriers are not injected due to high resistance,
It becomes a loss layer for the oscillation wavelength. That is, an anti-waveguiding structure in which the refractive index is within the stripe <outside the stripe and the loss is inside the stripe <outside the stripe is realized.

【0080】本実施形態では、ストライプ幅を3μmと
した。このような比較的広いストライプ幅は作成が容易
である。また、以下に述べるように、反導波構造ではス
トライプ幅の許容度も大きいという特徴がある。
In this embodiment, the stripe width is 3 μm. Such a relatively wide stripe width is easy to create. Further, as described below, the anti-waveguide structure has a feature that the tolerance of the stripe width is large.

【0081】図14(a)(b)は、ダブルヘテロ構造
部のパラメータが図13に示した本実施形態と同じ場合
に、非点隔差,基本モード損失,1次モードと基本モー
ドとの損失差の各ストライプ幅依存性を示したものであ
る。反導波構造で非点隔差が小さいことは図12でも説
明した通りであるが、図14(b)から分るように、ス
トライプ幅3μm近辺では、1次モードと基本モードと
の損失差が大きく、かつ基本モードの損失も比較的小さ
いことが分る。従って、安定な基本横モードでかつ低し
きい値での発振が可能である。
FIGS. 14A and 14B show astigmatism, fundamental mode loss, and loss between the primary mode and the fundamental mode when the parameters of the double hetero structure are the same as those of the present embodiment shown in FIG. This shows the dependence of the difference on each stripe width. As described in FIG. 12, the anti-waveguide structure has a small astigmatic difference, but as can be seen from FIG. 14B, the loss difference between the primary mode and the fundamental mode is close to the stripe width of 3 μm. It can be seen that the loss is large and the fundamental mode loss is also relatively small. Therefore, stable oscillation in the fundamental transverse mode and at a low threshold value is possible.

【0082】(第7の実施形態)図15は、本発明の第
7の実施形態に係わる窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザの素子構造を示す断面図である。基本構造は図5に示
した第4の実施形態と同じである。
(Seventh Embodiment) FIG. 15 is a sectional view showing the device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the seventh embodiment of the present invention. The basic structure is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG.

【0083】図中401はサファイア基板であり、この
基板401上にGaNバッファ層402,n型GaNコ
ンタクト層403,n型GaAlNクラッド層404,
n型GaN導波層454,InGaN多重量子井戸40
5,p型GaN導波層456,p型GaAlNクラッド
層406,p型GaNキャップ層407,GaN埋込み
層411,p型InGaN埋込み層412,n型GaN
埋込み層413,p型GaNコンタクト層408が形成
されている。421はn側電極、422はp側電極であ
る。
In the figure, 401 is a sapphire substrate, on which GaN buffer layer 402, n-type GaN contact layer 403, n-type GaAlN cladding layer 404,
n-type GaN waveguide layer 454, InGaN multiple quantum well 40
5, p-type GaN waveguide layer 456, p-type GaAlN cladding layer 406, p-type GaN cap layer 407, GaN buried layer 411, p-type InGaN buried layer 412, n-type GaN
A buried layer 413 and a p-type GaN contact layer 408 are formed. 421 is an n-side electrode and 422 is a p-side electrode.

【0084】本実施形態では、p型InGaN埋込み層
412の損失により、反導波構造を実現している。即
ち、この埋込み層412のバンドギャップを活性層部の
井戸層部のバンドギャップと略等しくするか、或いは小
さくすることにより、発振波長に対して損失を与える層
とすることができる。具体的には、p型InGaN埋込
み層412のIn組成を井戸層と同じか或いは大きくす
ればよい。これにより、低しきい値かつ基本横モードで
発振する窒化ガリウム系化合物半導体レーザを得ること
ができる。
In this embodiment, the anti-waveguide structure is realized by the loss of the p-type InGaN buried layer 412. That is, by making the bandgap of the buried layer 412 substantially equal to or smaller than the bandgap of the well layer portion of the active layer portion, it is possible to obtain a layer that gives a loss to the oscillation wavelength. Specifically, the In composition of the p-type InGaN buried layer 412 may be the same as or larger than that of the well layer. This makes it possible to obtain a gallium nitride-based compound semiconductor laser that has a low threshold and oscillates in the fundamental transverse mode.

【0085】(第8の実施形態)図16及び図17は、
本発明の第8の実施形態に係わる窒化ガリウム系化合物
半導体レーザの製造工程を示す断面図であり、特にダブ
ルヘテロ構造部のメサ型構造の作成プロセスを示してい
る。本実施形態は、これまでに説明した各実施形態に適
用することができる。
(Eighth Embodiment) FIGS. 16 and 17 show
It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the gallium nitride type compound semiconductor laser concerning the 8th Embodiment of this invention, and has shown the manufacturing process of the mesa structure of a double hetero structure part especially. The present embodiment can be applied to each of the embodiments described so far.

【0086】まず、図16(a)に示すように、サファ
イア基板501上に厚さ50nmのGaNバッファ層5
02を成長し、その上に厚さ4μmのn型GaNコンタ
クト層503,厚さ1μmのn型AlGaNクラッド層
504,厚さ0.3μmのInGaN−MQW活性層5
05,厚さ1μmのp型AlGaNクラッド層506、
厚さ0.5μmのp型GaN層507をMOCVD法に
より順次成長する。
First, as shown in FIG. 16A, a GaN buffer layer 5 having a thickness of 50 nm is formed on a sapphire substrate 501.
02 is grown on the n-type GaN contact layer 503 having a thickness of 4 μm, the n-type AlGaN cladding layer 504 having a thickness of 1 μm, and the InGaN-MQW active layer 5 having a thickness of 0.3 μm.
05, p-type AlGaN cladding layer 506 having a thickness of 1 μm,
A p-type GaN layer 507 having a thickness of 0.5 μm is sequentially grown by the MOCVD method.

【0087】次いで、図16(b)に示すように、p型
GaN層507上にSiO2 膜531を熱CVD法によ
り0.4μm堆積し、その上にレジスト/中間層/レジ
ストからなる3層レジストを形成した。即ち、SiO2
膜531上に第1のレジスト532を3μmの厚さに塗
布し、250℃の窒素雰囲気に20分間晒してレジスト
の硬化処理を行った後、Ti(又はAl)膜533を電
子ビーム蒸着法で100〜200nmの厚さに蒸着し、
その上に第2のレジスト534を1μmの厚さに塗布し
た。そして、レジスト534に光露光プロセスにより、
例えば1μm幅のストライプパターンを形成した。
Next, as shown in FIG. 16B, a SiO 2 film 531 is deposited on the p-type GaN layer 507 by thermal CVD to a thickness of 0.4 μm, and three layers of resist / intermediate layer / resist are formed thereon. A resist was formed. That is, SiO 2
A first resist 532 having a thickness of 3 μm is applied on the film 531 and exposed to a nitrogen atmosphere at 250 ° C. for 20 minutes to cure the resist, and then a Ti (or Al) film 533 is formed by an electron beam evaporation method. Evaporation to a thickness of 100-200 nm,
A second resist 534 was applied thereon with a thickness of 1 μm. Then, the resist 534 is exposed to light by a light exposure process.
For example, a stripe pattern having a width of 1 μm was formed.

【0088】次いで、図16(c)に示すように、塩素
ガスを用いた反応性イオンビームエッチング(RIB
E)により、レジスト534をマスクにTi膜533を
選択エッチングし、ストライプパターンを転写した。
Then, as shown in FIG. 16C, reactive ion beam etching (RIB) using chlorine gas is performed.
As shown in E), the Ti film 533 was selectively etched using the resist 534 as a mask to transfer the stripe pattern.

【0089】次いで、図17(d)に示すように、酸素
ガスを用いたRIBEにより、Ti膜533をマスクに
レジスト532を選択エッチングし、ストライプパター
ンを転写した。このとき、レジスト532は既に硬化処
理を行っているため、塩素プラズマに対する耐性は良好
である。このような工程により、略垂直の側壁を有する
レジストマスクを作成することができた。
Next, as shown in FIG. 17D, the resist 532 was selectively etched by RIBE using oxygen gas with the Ti film 533 as a mask to transfer the stripe pattern. At this time, since the resist 532 has already been cured, the resistance to chlorine plasma is good. Through these steps, a resist mask having substantially vertical sidewalls could be created.

【0090】次いで、図17(e)に示すように、レジ
スト532及びTi膜533をマスクに、RIEでSi
2 膜531を選択エッチングし、さらに図17(f)
に示すように、メサストライプ形成のための選択エッチ
ングを行った。その結果、幅1μmで垂直な側壁を有す
る、ダブルヘテロ構造のメサ型構造を得ることができ
た。
Next, as shown in FIG. 17E, Si is formed by RIE using the resist 532 and the Ti film 533 as a mask.
The O 2 film 531 is selectively etched, and then FIG.
As shown in, the selective etching for forming the mesa stripe was performed. As a result, a double hetero structure mesa structure having a width of 1 μm and vertical sidewalls could be obtained.

【0091】これ以降は、電流ブロック層(埋込み層)
の成長,コンタクト層の成長,基板側電極形成のための
メサ型構造の形成(例えば、図6及び図7に示す工程)
を行い、さらに電極形成を行うことによって、窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザを作成することができる。
After that, the current block layer (embedded layer)
Growth, contact layer growth, and formation of a mesa-type structure for forming a substrate-side electrode (eg, steps shown in FIGS. 6 and 7)
Then, by further forming electrodes, a gallium nitride-based compound semiconductor laser can be produced.

【0092】このように本実施形態によれば、3層レジ
ストを用いることにより、狭いメサストライプでも制御
性良く形成することができ、第1〜第7の実施形態に説
明したような埋込み構造(BH)のレーザの製造に際し
て極めて有効である。なお、本発明は上述した各実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
As described above, according to the present embodiment, by using the three-layer resist, even a narrow mesa stripe can be formed with good controllability, and the embedded structure (as described in the first to seventh embodiments) can be formed. It is extremely effective in manufacturing a BH) laser. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be carried out without departing from the scope of the invention.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板上に窒化ガリウム系化合物半導体材料からなるバッフ
ァ層を介して窒化ガリウム系化合物半導体材料からなる
メサ型のダブルへテロ構造部を形成し、そのメサ型構造
の両側を電流ブロック層で埋め込む構成としているの
で、ダブルへテロ構造部におけるキャリアの注入及び光
の閉じ込めを良好に行うことができ、低しきい値で発振
する短波長の光源として利用できる窒化ガリウム系化合
物半導体レーザを実現することができる。
As described above in detail, according to the present invention, a mesa double heterostructure portion made of a gallium nitride compound semiconductor material is formed on a substrate through a buffer layer made of a gallium nitride compound semiconductor material. Since the structure is formed and both sides of the mesa structure are filled with the current blocking layer, carriers can be injected and light can be satisfactorily confined in the double hetero structure, and a short wavelength that oscillates at a low threshold value can be achieved. It is possible to realize a gallium nitride-based compound semiconductor laser that can be used as a light source of

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施形態に係わる化合物半導体レーザの
素子構造を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a device structure of a compound semiconductor laser according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態の変形例を示す素子構造断面
図。
FIG. 2 is a sectional view of an element structure showing a modified example of the first embodiment.

【図3】第2の実施形態に係わる化合物半導体レーザの
素子構造を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing an element structure of a compound semiconductor laser according to a second embodiment.

【図4】第2の実施形態に係わる化合物半導体レーザの
素子構造を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing an element structure of a compound semiconductor laser according to a second embodiment.

【図5】第3の実施形態に係わる化合物半導体レーザの
素子構造を示す斜視図と断面図。
5A and 5B are a perspective view and a sectional view showing a device structure of a compound semiconductor laser according to a third embodiment.

【図6】第4の実施形態における半導体レーザの製造工
程の前半を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a first half of a manufacturing process of a semiconductor laser according to a fourth embodiment.

【図7】第4の実施形態における半導体レーザの製造工
程の後半を示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the latter half of the manufacturing process of the semiconductor laser according to the fourth embodiment.

【図8】第4の実施形態における半導体レーザの光パワ
ー及び電圧特性を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing optical power and voltage characteristics of a semiconductor laser according to a fourth embodiment.

【図9】第4の実施形態の変形例を示す素子構造断面
図。
FIG. 9 is a sectional view of an element structure showing a modified example of the fourth embodiment.

【図10】第5の実施形態に係わる化合物半導体レーザ
の素子構造を示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing an element structure of a compound semiconductor laser according to a fifth embodiment.

【図11】高次モードカットオフ条件を示す図。FIG. 11 is a diagram showing high-order mode cutoff conditions.

【図12】利得導波型,実屈折率導波型,反導波型の特
性比較を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a characteristic comparison among a gain waveguide type, a real refractive index waveguide type, and an anti-guided type.

【図13】第6の実施形態に係わる化合物半導体レーザ
の素子構造を示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing an element structure of a compound semiconductor laser according to a sixth embodiment.

【図14】反導波構造の窒化ガリウム系化合物半導体レ
ーザの特性を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing characteristics of a gallium nitride-based compound semiconductor laser having an anti-waveguide structure.

【図15】第7の実施形態に係わる化合物半導体レーザ
の素子構造を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing an element structure of a compound semiconductor laser according to a seventh embodiment.

【図16】第8の実施形態に係わる半導体レーザの製造
工程の前半を示す断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the first half of the manufacturing process of the semiconductor laser according to the eighth embodiment.

【図17】第8の実施形態に係わる半導体レーザの製造
工程の後半を示す断面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the latter half of the manufacturing process of the semiconductor laser according to the eighth embodiment.

【図18】第2の実施形態の変形例を示す断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a modified example of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201…サファイア基板 102,202…GaNバッファ層 103,203…n型GaNコンタクト層 104.204…n型AlGaNクラッド層 105…アンドープGaNガイド層 106,205…MQW活性層 107…アンドープGaNガイド層 108,206…p型AlGaNクラッド層 109,208…p型GaNコンタクト層 110…GaN層電流ブロック層 111,221…n側電極 112,222…p側電極 121,212…p型GaN埋め込み層層 122,213…n型GaN埋め込み層層 207…p型GaN層 211…(Al,In)GaNマストランスポート層 101, 201 ... Sapphire substrate 102, 202 ... GaN buffer layer 103, 203 ... n-type GaN contact layer 104.204 ... n-type AlGaN cladding layer 105 ... Undoped GaN guide layer 106, 205 ... MQW active layer 107 ... Undoped GaN guide layer 108, 206 ... p-type AlGaN cladding layer 109, 208 ... p-type GaN contact layer 110 ... GaN layer Current blocking layer 111,221 ... n side electrode 112, 222 ... P-side electrode 121, 212 ... p-type GaN buried layer layer 122, 213 ... N-type GaN buried layer layer 207 ... p-type GaN layer 211 ... (Al, In) GaN mass transport layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布上 真也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 波多腰 玄一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山本 雅裕 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平8−148718(JP,A) 特開 平2−219090(JP,A) 特開 平6−152072(JP,A) 特開 平5−29708(JP,A) 特開 昭55−82482(JP,A) 特開 昭62−92385(JP,A) Jpn.J.Appl.Phys.P art2,,1996年10月15日,Vol. 35 No.10B,p.L1315−1317 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Shinya Nunoue 1 Komukai Toshiba Town, Komukai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Toshiba Research and Development Center, Inc. (72) Inventor Genichi Hatakoshi Komukai, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Toshiba Town No. 1 within Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Masahiro Yamamoto No. 1 Komukai Toshiba Town, Komukai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Within Toshiba Research and Development Center (56) Reference JP-A-8-148718 (JP , A) JP 2-219090 (JP, A) JP 6-152072 (JP, A) JP 5-29708 (JP, A) JP 55-82482 (JP, A) JP 62-92385 (JP, A) Jpn. J. Appl. Phys. Part 2, October 15, 1996, Vol. 35 No. 10B, p. L1315-1317 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 JISST file (JOIS)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板と、 前記基板上にバッファ層を介して形成されると共に、導
電型の異なる第1及び第2クラッド層で活性層を挟んだ
ダブルヘテロ構造を有するメサストライプと、 前記メサストライプの両側を埋め込む第1及び第2電流
ブロック層と、前記ダブルヘテロ構造を挟んで設けられた第1及び第2
コンタクト層と、 前記第1及び第2のコンタクト層に夫々設けられた第1
及び第2電極と、 を具備し、 前記バッファ層、前記活性層、前記第1及び第2クラッ
ド層、前記第1及び第2電流ブロック層、並びに前記第
1及び第2コンタクト層の夫々は、下記の組成式で表さ
れる材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz 1-x-y-z N、 ここで、0≦ x,y,z,x+y+z ≦1、 前記第1コンタクト層が前記バッファ層上に配設され、
前記メサストライプ及び前記第1及び第2電流ブロック
層が前記第1コンタクト層上に配設された一体的なメサ
を構成し、前記第1電極が前記メサの横で前記第1コン
タクト層上に配設されることと、 前記第1電極と前記メサストライプとの間に位置する前
記第1電流ブロック層の幅が、前記メサストライプを挟
んで前記第1電流ブロック層と対向する前記第2電流ブ
ロック層の幅よりも小さいことと、前記第1クラッド層の下側部分が前記メサストライプの
両側に延びた延長部分を有し、この延長部分上に前記第
1及び第2電流ブロック層が形成され、前記第1クラッ
ド層がAlを含む一方、前記第1及び第2電流ブロック
層がAlを含まないことと、 を特徴とする窒化ガリウム
系化合物半導体レーザ。
1. A substrate, a mesa stripe formed on the substrate via a buffer layer, and having a double hetero structure having an active layer sandwiched between first and second cladding layers having different conductivity types, and the mesa. First and second current blocking layers filling both sides of the stripe, and first and second current sandwiching the double hetero structure.
A contact layer and a first layer provided on each of the first and second contact layers
And a second electrode, each of the buffer layer, the active layer, the first and second cladding layers, the first and second current blocking layers, and the first and second contact layers, In x Ga y Al z B 1-xyz N, where 0 ≦ x, y, z, x + y + z ≦ 1, and the first contact layer is basically composed of a material represented by the following composition formula: Disposed on the buffer layer,
The mesa stripe and the first and second current blocking layers form an integral mesa disposed on the first contact layer, the first electrode being on the first contact layer next to the mesa. And the width of the first current blocking layer located between the first electrode and the mesa stripe is the second current facing the first current blocking layer with the mesa stripe in between. The width is smaller than the width of the block layer, and the lower portion of the first clad layer has the mesa stripe shape.
It has an extension part extending on both sides, and the first part is provided on this extension part.
First and second current blocking layers are formed, and the first cracks are formed.
The first layer and the second current block, the second layer containing Al.
A gallium nitride-based compound semiconductor laser, wherein the layer does not contain Al .
【請求項2】前記活性層の両側の一部分がマストランス
ポート層により置換され、前記マストランスポート層が
前記活性層とは異なる組成を有し且つ前記組成式で表さ
れる材料から基本的になることを特徴とする請求項1
記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
2. A part of both sides of the active layer is replaced by a mass transport layer, and the mass transport layer has a composition different from that of the active layer and is basically composed of a material represented by the composition formula. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1 , wherein
【請求項3】基板と、 前記基板上にバッファ層を介して形成されると共に、導
電型の異なる第1及び第2クラッド層で活性層を挟んだ
ダブルヘテロ構造を有するメサストライプと、 前記メサストライプの両側を埋め込む第1及び第2電流
ブロック層と、前記ダブルヘテロ構造を挟んで設けられた第1及び第2
コンタクト層と、 前記第1及び第2のコンタクト層に夫々設けられた第1
及び第2電極と、 を具備し、 前記バッファ層、前記活性層、前記第1及び第2クラッ
ド層、前記第1及び第2電流ブロック層、並びに前記第
1及び第2コンタクト層の夫々は、下記の組成式で表さ
れる材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz 1-x-y-z N、 ここで、0≦ x,y,z,x+y+z ≦1、 前記第1コンタクト層が前記バッファ層上に配設され、
前記メサストライプ及び前記第1及び第2電流ブロック
層が前記第1コンタクト層上に配設された一体的なメサ
を構成し、前記第1電極が前記メサの横で前記第1コン
タクト層上に配設されることと、 前記第1電極と前記メサストライプとの間に位置する前
記第1電流ブロック層の幅が、前記メサストライプを挟
んで前記第1電流ブロック層と対向する前記第2電流ブ
ロック層の幅よりも小さいことと、前記活性層の両側の一部分がマストランスポート層によ
り置換され、前記マストランスポート層が前記活性層と
は異なる組成を有し且つ前記組成式で表される材料から
基本的になることと、 を特徴とする窒化ガリウム系化合
物半導体レーザ。
3. A substrate, a mesa stripe formed on the substrate via a buffer layer, and having a double hetero structure in which an active layer is sandwiched by first and second cladding layers having different conductivity types, and the mesa. First and second current blocking layers filling both sides of the stripe, and first and second current sandwiching the double hetero structure.
A contact layer and a first layer provided on each of the first and second contact layers
And a second electrode, each of the buffer layer, the active layer, the first and second cladding layers, the first and second current blocking layers, and the first and second contact layers, In x Ga y Al z B 1-xyz N, where 0 ≦ x, y, z, x + y + z ≦ 1, and the first contact layer is basically composed of a material represented by the following composition formula: Disposed on the buffer layer,
The mesa stripe and the first and second current blocking layers form an integral mesa disposed on the first contact layer, the first electrode being on the first contact layer next to the mesa. And the width of the first current blocking layer located between the first electrode and the mesa stripe is the second current facing the first current blocking layer with the mesa stripe in between. The width is smaller than the width of the block layer, and both sides of the active layer are partially covered by the mass transport layer.
And the mass transport layer is replaced with the active layer.
Are materials having different compositions and represented by the above composition formula
A gallium nitride-based compound semiconductor laser having the following features.
【請求項4】前記メサストライプの幅が前記一体的なメ
サの幅の1/50以下であることを特徴とする請求項1
乃至3のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体
レーザ。
4. The method of claim, wherein the width of the mesa stripe is 1/50 or less of the width of said integral Mesa 1
4. A gallium nitride-based compound semiconductor laser according to any one of items 1 to 3 .
【請求項5】前記第1電流ブロック層の幅が前記メサス
トライプの幅の3倍以上且つ20倍以下であることを特
徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザ。
5. The gallium nitride-based compound semiconductor according to claim 1, wherein the width of the first current blocking layer is 3 times or more and 20 times or less the width of the mesa stripe. laser.
【請求項6】基板と、 前記基板上にバッファ層を介して形成されると共に、導
電型の異なる第1及び第2クラッド層で活性層を挟んだ
ダブルヘテロ構造を有するメサストライプと、 前記メサストライプの両側を埋め込む第1及び第2電流
ブロック層と、前記ダブルヘテロ構造を挟んで設けられた第1及び第2
コンタクト層と、 前記第1及び第2のコンタクト層に夫々設けられた第1
及び第2電極と、 を具備し、 前記バッファ層、前記活性層、前記第1及び第2クラッ
ド層、前記第1及び第2電流ブロック層、並びに前記第
1及び第2コンタクト層の夫々は、下記の組成式で表さ
れる材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz 1-x-y-z N、 ここで、0≦ x,y,z,x+y+z ≦1、 前記第1コンタクト層が前記バッファ層上に配設され、
前記メサストライプ及び前記第1及び第2電流ブロック
層が前記第1コンタクト層上に配設された一体的なメサ
を構成し、前記第1電極が前記メサの横で前記第1コン
タクト層上に配設されることと、 前記メサにおいて、前記メサストライプは、前記メサの
中央よりも前記第1電極側に偏って形成されることと、前記第1クラッド層の下側部分が前記メサストライプの
両側に延びた延長部分を有し、この延長部分上に前記第
1及び第2電流ブロック層が形成され、前記第1クラッ
ド層がAlを含む一方、前記第1及び第2電流ブロック
層がAlを含まないことと、 を特徴とする窒化ガリウム
系化合物半導体レーザ。
6. A substrate, a mesa stripe formed on the substrate via a buffer layer, and having a double hetero structure in which an active layer is sandwiched between first and second cladding layers having different conductivity types, and the mesa. First and second current blocking layers filling both sides of the stripe, and first and second current sandwiching the double hetero structure.
A contact layer and a first layer provided on each of the first and second contact layers
And a second electrode, each of the buffer layer, the active layer, the first and second cladding layers, the first and second current blocking layers, and the first and second contact layers, In x Ga y Al z B 1-xyz N, where 0 ≦ x, y, z, x + y + z ≦ 1, and the first contact layer is basically composed of a material represented by the following composition formula: Disposed on the buffer layer,
The mesa stripe and the first and second current blocking layers form an integral mesa disposed on the first contact layer, the first electrode being on the first contact layer next to the mesa. And the mesa stripes are formed to be closer to the first electrode side than the center of the mesa, and the lower portion of the first cladding layer is the mesa stripes.
It has an extension part extending on both sides, and the first part is provided on this extension part.
First and second current blocking layers are formed, and the first cracks are formed.
The first layer and the second current block, the second layer containing Al.
A gallium nitride-based compound semiconductor laser, wherein the layer does not contain Al .
【請求項7】前記活性層の両側の一部分がマストランス
ポート層により置換され、前記マストランスポート層が
前記活性層とは異なる組成を有し且つ前記組成式で表さ
れる材料から基本的になることを特徴とする請求項6
記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
7. A portion of both sides of the active layer is replaced by a mass transport layer, the mass transport layer having a composition different from that of the active layer, and basically consisting of a material represented by the composition formula. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 6 , wherein
【請求項8】基板と、 前記基板上にバッファ層を介して形成されると共に、導
電型の異なる第1及び第2クラッド層で活性層を挟んだ
ダブルヘテロ構造を有するメサストライプと、 前記メサストライプの両側を埋め込む第1及び第2電流
ブロック層と、前記ダブルヘテロ構造を挟んで設けられた第1及び第2
コンタクト層と、 前記第1及び第2のコンタクト層に夫々設けられた第1
及び第2電極と、 を具備し、 前記バッファ層、前記活性層、前記第1及び第2クラッ
ド層、前記第1及び第2電流ブロック層、並びに前記第
1及び第2コンタクト層の夫々は、下記の組成式で表さ
れる材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz 1-x-y-z N、 ここで、0≦ x,y,z,x+y+z ≦1、 前記第1コンタクト層が前記バッファ層上に配設され、
前記メサストライプ及び前記第1及び第2電流ブロック
層が前記第1コンタクト層上に配設された一体的なメサ
を構成し、前記第1電極が前記メサの横で前記第1コン
タクト層上に配設されることと、 前記メサにおいて、前記メサストライプは、前記メサの
中央よりも前記第1電極側に偏って形成されることと、前記活性層の両側の一部分がマストランスポート層によ
り置換され、前記マストランスポート層が前記活性層と
は異なる組成を有し且つ前記組成式で表される材料から
基本的になることと、 を特徴とする窒化ガリウム系化合
物半導体レーザ。
8. A substrate, a mesa stripe formed on the substrate via a buffer layer, and having a double hetero structure in which an active layer is sandwiched by first and second cladding layers having different conductivity types, and the mesa. First and second current blocking layers filling both sides of the stripe, and first and second current sandwiching the double hetero structure.
A contact layer and a first layer provided on each of the first and second contact layers
And a second electrode, each of the buffer layer, the active layer, the first and second cladding layers, the first and second current blocking layers, and the first and second contact layers, In x Ga y Al z B 1-xyz N, where 0 ≦ x, y, z, x + y + z ≦ 1, and the first contact layer is basically composed of a material represented by the following composition formula: Disposed on the buffer layer,
The mesa stripe and the first and second current blocking layers form an integral mesa disposed on the first contact layer, the first electrode being on the first contact layer next to the mesa. That the mesa stripes are formed to be closer to the first electrode side than the center of the mesa in the mesa, and a part of both sides of the active layer is formed by a mass transport layer.
And the mass transport layer is replaced with the active layer.
Are materials having different compositions and represented by the above composition formula
A gallium nitride-based compound semiconductor laser having the following features.
【請求項9】前記第2コンタクト層が前記メサストライ
プと前記第1及び第2電流ブロック層の夫々との間に位
置する延長部分を有することを特徴とする請求項1乃至
のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザ。
9. to claim 1, characterized in that it has an extension portion that the second contact layer is located between the each of the mesa stripe and the first and second current blocking layer
9. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to any one of 8 .
【請求項10】前記第1及び第2電流ブロック層が前記
メサストライプよりも高い屈折率を有することを特徴と
する請求項1乃至9のいずれかに記載の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザ。
10. The gallium nitride based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein the first and second current blocking layers have a refractive index higher than that of the mesa stripe.
【請求項11】基板上にバッファ層を形成する工程と、 前記バッファ層上に、活性層を導電型の異なるクラッド
層で挟んだダブルヘテロ構造を形成する工程と、 前記ダブルヘテロ構造をメサ状に選択エッチングしてメ
サストライプを形成する工程と、 気相中に高温放置して結晶を再蒸発させることにより、
前記活性層の両側を一部除去する工程と、 気相中に高温放置して結晶を成長することにより、少な
くとも前記活性層の両側の除去した部分にマストランス
ポート層を形成する工程と、 前記メサストライプの両側に電流ブロック層を成長する
工程とを具備し、前記バッファ層、前記活性層、前記ク
ラッド層、前記電流ブロック層、並びに前記マストラン
スポート層の夫々は、下記の組成式で表される材料から
基本的になる、 Inx Gay Alz 1-x-y-z N、 ここで、0≦ x,y,z,x+y+z ≦1、 ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザの
製造方法。
11. A step of forming a buffer layer on a substrate, a step of forming a double hetero structure in which an active layer is sandwiched between clad layers having different conductivity types, a step of forming the double hetero structure in a mesa shape. By selective etching to form a mesa stripe, and by leaving it in a vapor phase at high temperature to re-evaporate the crystal,
A step of partially removing both sides of the active layer; a step of forming a mass transport layer at least on both sides of the active layer by growing a crystal by leaving it in a vapor phase at a high temperature; Growing a current blocking layer on both sides of the mesa stripe, wherein each of the buffer layer, the active layer, the cladding layer, the current blocking layer, and the mass transport layer is represented by the following composition formula: consisting essentially of material which is, in x Ga y Al z B 1-xyz N, where, 0 ≦ x, y, z , x + y + z ≦ 1, a manufacturing method of a gallium nitride-based compound semiconductor laser, wherein .
【請求項12】前記ダブルヘテロ構造をメサ状に選択エ
ッチングするために、レジスト/中間層/レジストの3
層レジストを用いてマスクパターンを形成することを特
徴とする請求項11に記載の窒化ガリウム系化合物半導
体レーザの製造方法。
12. A resist / interlayer / resist layer for selectively etching the double hetero structure into a mesa.
The method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 11 , wherein the mask pattern is formed using a layer resist.
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