JP3973679B2 - Iii族窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
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(1)基板の下面から上面に達する転位集中領域
(2)転位集中領域を除く部位である低転位領域
(3)低転位領域の中央に形成され、周囲と異なるドーパントの取り込みによ
って、その周囲よりも強い蛍光発光強度でかつ基板の下面から上面に達
する高ルミネセンス領域
積層構造の上面のうち、基板の転位集中領域と高ルミネセンス領域との間の低転位領域の上方のみに位置するストライプ状のレーザ光導波領域を形成する工程と、電極を形成する工程と、チップ単位に切断する工程と、を有し、切断は、基板の転位集中領域およびその上方の領域で行っている。
(1)基板の下面から上面に達する転位集中領域
(2)転位集中領域を除く部位である低転位領域
(3)低転位領域の中央に形成され、周囲と異なるドーパントの取り込みによ
って、その周囲よりも強い蛍光発光強度でかつ基板の下面から上面に達
する高ルミネセンス領域
積層構造の上面のうち、基板の転位集中領域と高ルミネセンス領域との間の低転位領域の上方のみに位置するストライプ状のレーザ光導波領域を形成する工程と、基板の下面と積層構造の上面に電流遮断層を形成する工程と、を有し、電流遮断層は、基板の下面のうち転位集中領域の下方に位置する部位と、積層構造の上面のうち基板の転位集中領域の上方に位置する部位とに、それぞれ形成されている。
(1)基板の下面から上面に達する転位集中領域
(2)転位集中領域を除く部位である低転位領域
(3)低転位領域の中央に形成され、周囲と異なるドーパントの取り込みによ
って、その周囲よりも強い蛍光発光強度でかつ基板の下面から上面に達
する高ルミネセンス領域
積層構造の上面のうち、基板の転位集中領域と高ルミネセンス領域との間の低転位領域の上方のみに位置するストライプ状のレーザ光導波領域を形成する工程と、積層構造の内部に電流遮断層を形成する工程と、を有し、電流遮断層は、積層構造の内部のうち基板の転位集中領域の上方に位置する部位に形成されている。
第1の実施形態の半導体レーザ素子1の構造を図3の縦断面図に模式的に示し、その作製工程の途中における層構造を図1および図2の縦断面図に模式的に示す。なお、各図においては、基板の転位集中領域X1と高ルミネセンス領域Y1も表している。
第2の実施形態の半導体レーザ素子2の構造を図5の縦断面図に模式的に示し、その作製工程の途中における層構造を図4の縦断面図に模式的に示す。本実施形態の半導体レーザ素子2は、第1の実施形態の半導体レーザ素子1を修飾して、埋め込み層112の上面うちn型GaN基板100の転位集中領域X1の上方に位置する部位と、基板100の下面のうち転位集中領域X1の下方に位置する部位とに誘電体膜115を設けたものである。n型GaN基板100と積層構造101の構成や作製方法は第1の実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。
第3の実施形態の半導体レーザ素子3の構造を図8の縦断面図に模式的に示し、その作製工程の途中における層構造を図6および図7の縦断面図に模式的に示す。本実施形態の半導体レーザ素子3は、第1の実施形態の半導体レーザ素子1を修飾して、積層構造101の内部のうちn型GaN基板100の転位集中領域X1の上方に位置する部位に誘電体膜118を設けたものである。積層構造101の他の構成は第1の実施形態と同様である。
第4の実施形態の半導体レーザ素子4の構造を図10の縦断面図に模式的に示し、その作製工程の途中における層構造を図9の縦断面図に模式的に示す。本実施形態の半導体レーザ素子4は、第1の実施形態の半導体レーザ素子1を修飾して、n型GaN基板100の上面のうち転位集中領域X1の上方に位置する部位に、SiO2の誘電体膜119を設けたものである。誘電体膜119は積層構造101を形成する前に基板100上に設けておく(図9)。積層構造101の作製工程および構成は第1の実施形態と同様である。
第5の実施形態の半導体レーザ素子5の構造を図12の縦断面図に模式的に示し、その作製工程の途中における層構造を図11の縦断面図に模式的に示す。本実施形態の半導体レーザ素子5は、第1の実施形態の半導体レーザ素子1を修飾して、リッジ構造の周囲を埋め込む材料としてAlGaNではなく誘電体を用い、p型AlGaNクラッド層109上に誘電体層122を設けたものである。
図2に示した第1の実施形態の半導体レーザ素子1の作製途中の層構成を用いて、比較例の半導体レーザ素子9を作製した。この半導体レーザ素子9の構造を図13の縦断面図に模式的に示す。p型電極212は、積層構造101の上面のうち、基板100の転位集中領域X1の上方に位置する部位から高ルミネセンス領域Y1の上方に位置する部位にわたる広い範囲に設けられており、n型電極213も、基板100の下面のうち、転位集中領域X1の下方に位置する部位から高ルミネセンス領域Y1の下方に位置する部位にわたる広い範囲に設けられている。
なお、本発明の半導体レーザ素子では、レーザ光導波領域が良好な特性を有する上、基板に転位集中領域が存在することに起因する動作電流の増大と電極の材料金属の拡散による劣化を抑えることができるため、動作特性が安定し、レーザ発振寿命も長くなる。
本発明は以下のように表現することもできる。
10 n型GaN基板
21 支持基体
22 n型GaN層
23 {11−22}ファセット面
24 凹部の最底部
25 {0001}面
100 n型GaN基板
101 III族窒化物半導体積層構造
102 n型GaN層
103 n型In0.07Ga0.93Nクラック防止層
104 n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層
105 n型GaN光ガイド層
106 In0.1Ga0.9N/In0.01Ga0.99N3重量子井戸活性層
107 p型Al0.3Ga0.7Nキャリアブロック層
108 p型GaN光ガイド層
109 p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層
110 p型GaN第1コンタクト層
111 p型In0.15Ga0.85N第2コンタクト層
112 Al0.1Ga0.9N埋め込み層
113、116 p型電極
114、117 n型電極
115、118、119 SiO2膜
122 SiO2層
X1 基板の転位集中領域
X2 基板の転位集中領域露出部
Y1 基板の高ルミネセンス領域
Y2 基板の高ルミネセンス領域露出部
X3 積層構造の転位集中領域
Y3 積層構造の高ルミネセンス領域
Claims (11)
- III族窒化物半導体より成る基板と、基板の上面に設けられたIII族窒化物半導体より成る積層構造とを備える半導体レーザ素子であって、
基板は、
その基板の下面から上面に達する転位集中領域と、
転位集中領域を除く部位である低転位領域と、
低転位領域の中央に形成され、周囲と異なるドーパントの取り込みによって、上記周囲よりも強い蛍光発光強度でかつ基板の下面から上面に達する高ルミネセンス領域と、
を有し、
積層構造は、基板の転位集中領域と高ルミネセンス領域との間の低転位領域の上方のみに位置するストライプ状のレーザ光導波領域を有し、
基板の下面のうち転位集中領域の下方に位置する部位と、積層構造の上面のうち基板の転位集中領域の上方に位置する部位とに、それぞれ電流遮断層が設けられている半導体レーザ素子。 - III族窒化物半導体より成る基板と、基板の上面に設けられたIII族窒化物半導体より成る積層構造とを備える半導体レーザ素子であって、
基板は、
その基板の下面から上面に達する転位集中領域と、
転位集中領域を除く部位である低転位領域と、
低転位領域の中央に形成され、周囲と異なるドーパントの取り込みによって、上記周囲よりも強い蛍光発光強度でかつ基板の下面から上面に達する高ルミネセンス領域と、
を有し、
積層構造は、基板の転位集中領域と高ルミネセンス領域との間の低転位領域の上方のみに位置するストライプ状のレーザ光導波領域を有し、
積層構造の内部のうち基板の転位集中領域の上方に位置する部位に電流遮断層が設けられている半導体レーザ素子。 - 半導体レーザ素子の基板部分の側面が、上記転位集中領域に形成されている請求項1または2に記載の半導体レーザ素子。
- 基板の転位集中領域が、上方から見て、積層構造のレーザ光導波領域と略平行なストライプ状である請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 電流遮断層が、
SiO2、SiN、SiO、ZnO、PbO、TiO2、ZrO2、CeO2、HfO2、Al2O3、Bi2O3、Cr2O3、In2O3、Nd2O3、Sb2O3、Ta2O5、Y2O3、AlF3、BaF2、CeF2、CaF2、MgF2、NdF3、PbF2、SrF2、ZnSおよびZnSeのうちの少なくとも1種類を含む誘電体から成る請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。 - 電流遮断層の厚さが、1nm以上かつ1μm以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 電流遮断層の幅が、5μm以上かつ300μm以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 基板の表面が、(0001)面から0.2〜1°の範囲のオフ角を有している請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 以下の(1)〜(3)の領域を備えるIII族窒化物半導体より成る基板の上面に、
III族窒化物半導体より成る積層構造を形成する工程と、
(1)基板の下面から上面に達する転位集中領域
(2)転位集中領域を除く部位である低転位領域
(3)低転位領域の中央に形成され、周囲と異なるドーパントの取り込みによ
って、上記周囲よりも強い蛍光発光強度でかつ基板の下面から上面に達
する高ルミネセンス領域
積層構造の上面のうち、基板の転位集中領域と高ルミネセンス領域との間の低転位領域の上方のみに位置するストライプ状のレーザ光導波領域を形成する工程と、
電極を形成する工程と、
チップ単位に切断する工程と、
を有し、
切断は、基板の転位集中領域およびその上方の領域で行う半導体レーザ素子の製造方法。 - 以下の(1)〜(3)の領域を備えるIII族窒化物半導体より成る基板の上面に、
III族窒化物半導体より成る積層構造を形成する工程と、
(1)基板の下面から上面に達する転位集中領域
(2)転位集中領域を除く部位である低転位領域
(3)低転位領域の中央に形成され、周囲と異なるドーパントの取り込みによ
って、上記周囲よりも強い蛍光発光強度でかつ基板の下面から上面に達
する高ルミネセンス領域
積層構造の上面のうち、基板の転位集中領域と高ルミネセンス領域との間の低転位領域の上方のみに位置するストライプ状のレーザ光導波領域を形成する工程と、
基板の下面と積層構造の上面に電流遮断層を形成する工程と、
を有し、
電流遮断層は、基板の下面のうち転位集中領域の下方に位置する部位と、積層構造の上面のうち基板の転位集中領域の上方に位置する部位とに、それぞれ形成されている半導体レーザ素子の製造方法。 - 以下の(1)〜(3)の領域を備えるIII族窒化物半導体より成る基板の上面に、
III族窒化物半導体より成る積層構造を形成する工程と、
(1)基板の下面から上面に達する転位集中領域
(2)転位集中領域を除く部位である低転位領域
(3)低転位領域の中央に形成され、周囲と異なるドーパントの取り込みによ
って、上記周囲よりも強い蛍光発光強度でかつ基板の下面から上面に達
する高ルミネセンス領域
積層構造の上面のうち、基板の転位集中領域と高ルミネセンス領域との間の低転位領域の上方のみに位置するストライプ状のレーザ光導波領域を形成する工程と、
積層構造の内部に電流遮断層を形成する工程と、
を有し、
電流遮断層は、積層構造の内部のうち基板の転位集中領域の上方に位置する部位に形成されている半導体レーザ素子の製造方法。
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